论文部分内容阅读
本研究的主要目的就是通过研究气动肌肉及其驱动关节的特性与控制,为气动肌肉深入广泛的应用打下坚实的基础.本文首先对气动肌肉的模型与特性进行了研究.根据气动肌肉的基本模型,分别分析了气动肌肉的等压特性、等长特性、等张特性以及刚度特性.鉴于气动肌肉的实际特性和理论模型有一定的差别,为了今后研究的方便,分别提出了气动肌肉的简化模型与线性化模型.在气动肌肉的动态模型建模方面,分析了考虑充放气过程的气动肌肉模型,并对各种参数对动态过程的影响进行了仿真研究.气动肌肉最基本的应用方式是驱动关节方式.因此,本文重点进行了关节的建模研究和特性分析.在建模工作中,采用的是气动肌肉的简化模型,并通过引入的几个系数,将关节的模型进行了简化,得到的关节模型具有一定的实用价值.由于气动肌肉驱动关节的一个重要特点是关节的位置和刚度可以同时控制,因此,研究了关节的刚度控制问题.同时,通过仿真方法对各种参数对关节动态特性的影响进行了分析,得到的结论对关节的设计和使用具有一定的参考价值.气动肌肉驱动关节的运动控制问题具有重要的应用价值.由于在阶跃信号输入下,关节的响应具有较大振荡,因此着重研究了如何抑制振荡问题.在这里,选择了输入整形方法.首先采用相平面法,分析了整形输入的特点,从理论上得到了整形对于能量的利用效率.然后,针对气动肌肉驱动关节的特点,创造性地提出了三种可以实现关节整形运动的方法.经试验验证,所提出的整形方法使得关节响应后的振荡最大峰值相对于稳定位置平均小于1°,因此效果显著.同时,对关节的位置闭环控制进行了研究,采用变参数控制方法提高了关节的响应快速性和准确性,关节的位置精度达到±0.1°.在气动肌肉及其驱动关节的研究基础上,本文设计了一个气动肌肉驱动的仿人臂模型.该仿人臂具有四个自由度,在肩部采用了虎克铰形式.对其基本设计思想、实现方式以及基本的运动模型和驱动模型进行了分析.并采用多脉冲整形、余弦半波形输入等方法解决了关节的大范围平稳开环运动的控制问题,同时,根据前面的研究结果,对各个关节的点位闭环控制进行了初步的试验.