扁平气动人工肌肉的设计和分析

传统的气动人工肌肉受结构和制造手段的限制,很难同时满足高收缩率、高收缩力和全柔性等应用需求。针对这些问题,本文基于约束层、收缩层与扁平气囊正交混合编织的工艺,提出了一种扁平编织型气动人工肌肉(扁肌)。通过建模分析了最小收缩层长度、收缩率以及扁肌最大厚度与气囊层数及气囊手指数量之间的关系,并通过数值拟合获得了收缩力的近似解析解。扁肌的各主要部件均采用激光切割而成,组装完成的扁肌质量仅为8.1 g,厚1.2 mm。收缩实验表明,扁肌在5%的收缩率下最大收缩力可达280 N,是其自重的3527倍。在0.5 kg的负载下最大收缩率42.8%,最大收缩速度1216.2 mm/s。迟滞实验表明,扁肌存在一定的位移迟滞,而力迟滞并不明显。在采用闭环控制时,扁肌对0.25 Hz的正弦信号具有良好的位置跟踪能力,最大位移误差2.5 mm。当频率为0.5 Hz时,受放气速度的影响,扁肌存在较大位移延迟。