气动人工肌肉驱动的三自由度转动并联机构研究

摘要

气动人工肌肉是由纤维包裹着的橡胶管和连接在两端端盖组成，当充入压缩空气后，气动人工肌肉在轴向上收缩径向上膨胀，与此同时产生收缩力。与电器和液压驱动器相比，气动人工肌肉驱动器响应迅速、功率/质量比高、功率/体积比高，并且具有类似于生物体肌肉的柔顺性。正是由于这些优势，气动人工肌肉驱动器应用广泛，尤其在恢复治疗和机器人运动控制领域,所以气动人工肌肉驱动器的研究对于其应用具有重要推动作用。
　　本课题以气动人工肌肉及其驱动控制的并联机构作为研究内容，主要工作如下：
　　首先，研究了气动人工肌肉工作原理，建立了基于功能原理的人工肌肉静态模型和气动人工肌肉BP神经网络静态模型，搭建了静态实验台，并通过实验结果比较了两种模型的优缺点。
　　然后，根据三元素现象模型（收缩系数、弹性系数和阻尼系数），研究了FESTO公司DMSP系列的气动人工肌肉动态特性，通过实验表达了这三个参数与气压和负载关系，结果表明收缩力系数与气压为线性关系，弹性系数与负载在高压区为线性关系，阻尼系数在高压区基本不变。
　　最后，根据要求设计了气动人工肌肉驱动的三自由度转动并联机构，研究了该运动平台运动学逆解，给出了运动平台在转动过程中力矩平衡条件，推导了该并联机构速度和加速度关系，建立了基于凯恩法的，搭建控制实验台，根据功能原理研究的静态模型构建控制系统，通过实验结果比较了开环和闭环两种控制效果。
　　本课题研究了气动人工肌肉静态模型、动态模型和其驱动的并联机构，本文对人工肌肉有了更深入的理解，提高了人工肌肉控制精度，加速了气动人工肌肉驱动机构的应用。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

注释表

缩略词

第一章 绪论

1.1 气动人工肌肉概述

1.2 气动人工肌肉驱动机构概述

1.3 当前存在的问题

1.4 课题研究的目的和意义

1.5 论文主要研究内容

第二章 气动人工肌肉静态特性

2.1 气动人工肌肉工作原理

2.2 基于功能原理的气动人工肌肉静态模型

2.3 基于BP神经网络的气动人工肌肉静态模型

2.4 实验过程与实验结果

2.5 气动人工肌肉两种模型验证及比较

2.6 本章小结

第三章 气动人工肌肉动态特性

3.1气动人工肌肉三元素现象模型介绍

3.2 动态特性实验台的搭建

3.3 实验测量动态模型参数

3.4 动态特性模型验证

3.5 本章小结

第四章 气动人工肌肉驱动的三自由度转动并联机构研究

4.1 三自由度转动并联机构结构设计

4.2 三自由度转动并联平台性能分析

4.3 三自由度转动并联控制系统设计

4.4 大运动平台转动试验研究

4.5 操纵器转动试验研究

4.6 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 研究展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的学术论文