气动人工肌肉执行系统动态特性的实验研究

通过基于实验的系统辨识方法对气动人工肌肉执行系统进行了较深入研究 ,指出气动人工肌肉执行系统为一个高阶系统 ,当系统工作在较低频率范围时 ,可以近似为二阶系统 。

新型气动人工肌肉特性测试系统的研究

气动人工肌肉作为一种新型的驱动器,具有一系列其它驱动器无法比拟的优点。为更好地运用气动人工肌肉,需要对其动态特性进行研究。该文提出了一种以低摩擦气缸为加载的新型气动人工肌肉测试系统。并针对传统气动人工肌肉测试系统的不足之处进行了改进,特别是对于气动人工肌肉的定力测试引入了基于微分跟踪器的前馈PID控制器,并取得了良好的定力控制效果。同时,运用该测试系统对FES-TO气动人工肌肉进行测试并取得了良好的效果。

新型气动人工肌肉特性测试系统的研究

该文通过对传统的气动人工肌肉特性测试系统的分析,提出了一种以交流伺服电机为加载的新型的气动人工肌肉特性测试系统。该测试系统以虚拟仪器为控制界面,提高了自动化程度。用该测试系统分别对两种人工肌肉进行特性测试,将实验曲线与仿真曲线对比,表明该气动人工肌肉特性测试系统能够很好地完成相关的特性测试,并具有通用性。

气动人工肌肉群驱动的4-SPS/S并联机构系统建模及仿真

以4根气动人工肌肉构成的肌肉群驱动,采用加约束从动支链的方法构建了4-SPS/S并联机构;以Z-Y-X型欧拉角表示了动平台的位姿,给出了机构位置逆解的显性式;通过刚体绕定点运动的动力学方程建立了机构的动力学方程和机构的运动学影响系数矩阵,结合气动人工肌肉的内腔充气压力-伸缩力-收缩比三者的非线性关系,建立了机构动平台位姿控制系统的数学模型,并应用Simulink进行了仿真。仿真结果表明,通过输入一组可行控制电压来控制气动人工肌肉的内腔充气压力,可实现动平台的三自由度转动,而且系统运动平稳。

垂直气动人工肌肉系统的模型参考自适应逆补偿控制

与传统刚性驱动系统相比,气动人工肌肉系统具有质量轻、人机交互友好等优势,近年来在生产生活中受到广泛关注.然而,该类系统的运动呈现出复杂的迟滞特性,这给针对该类系统的跟踪控制研究带来了挑战.本文针对垂直气动人工肌肉系统,提出一种模型参考自适应逆补偿控制策略,可有效克服迟滞特性以及控制过程中外界扰动和参数摄动等不确定因素对系统运动状态的影响,实现系统高精度跟踪控制.具体而言,本文首先对系统的运动特性以及影响系统控制精度的不确定因素进行分析;然后,基于分析结果建立一个描述系统运动特性的参考模型;进而采用逆补偿思想,通过对所建立的参考模型求逆来构造一个逆补偿控制器,克服迟滞特性对系统运动状态产生的影响;随后,基于最小均方误差算法设计自适应律,在线辨识参考模型的权值,同时估计逆补偿控制器的设计参数,克服外界扰动和参数摄动等不确定因素对系统运动状态的影响;最后,通过实验验证所提控制策略的有效性.

气动人工肌肉的发展趋势与研究现状

回顾了气动人工肌肉的发展历史,总结了国内外主要研究机构的研究近况,概述了在基本特性及建模、结构优化和控制策略等方面的研究工作。研究结果表明:气动人工肌肉可以从等效做功、弹性力学等多种角度建模,通过多种结构优化改进了其性能,针对气动人工肌肉系统的不同特性,采取相应的控制策略,如鲁棒设计、自适应控制、智能控制等。从目前的发展趋势来看,气动人工肌肉的工作机理分析和高精度控制短期内难以突破,相对而言新型结构设计及应用将得到迅速发展,可以预见在仿生、理疗、虚拟现实等诸多领域有着广阔的应用前景。

气动人工肌肉驱动关节特性研究

气动人工肌肉是一种具有良好柔性、出力 /重量比大的新型气动执行器。该文研究了由一对气动人工肌肉组成的关节模型 ,分析了它的静特性 ,并进行了实验研究。实验结果表明气动肌肉关节具有一些独特的特性。

气动人工肌肉特性分析的新方法

基于对气动人工肌肉静态特性的分析 ,提出了将气动人工肌肉视为变截面积气缸的新的分析方法 ,运用该方法推导出了气动人工肌肉的动力学数学模型 ,并对气动人工肌肉的充放气过程进行了计算机仿真分析。该分析方法简单方便 。

气动人工肌肉静态特性实验研究

该文设计了气动人工肌肉静态特性实验系统。通过实验分析了橡胶弹性力、橡胶筒与纤维层间的摩擦力对气动人工肌肉静态特性的影响,结果表明对气动人工肌肉理论分析的正确性,为气动人工肌肉进一步的研究奠定了基础。

气动肌肉主动悬架系统的仿真模型与分析

以气动肌肉作为新型执行器 ,创建基于 1/4悬架模型的汽车主动悬架系统。并运用Matlab中的Simulink模块库建立此系统的仿真模型 ,着重讨论仿真建模以及仿真过程中所遇到的困难 ,诸如气动肌肉迟滞特性的实现、高频分量对仿真结果的影响等问题。经对系统机理模型的适当变换处理 ,促进了仿真系统的稳定。利用获得的仿真模型对气动肌肉主动悬架系统的动态特性进行仿真研究 。

气动人工肌肉关节的建模与仿真

为降低传统气动系统的成本,设计了气动人工肌肉(PMA)驱动的单自由度(DOF)运动关节系统.在研究PMA和脉宽调制(PWM)高速开关阀特性的基础上,建立了系统的多输入4阶仿射非线性数学模型.仿真分析了系统在不同输入控制量下的静、动态输出特性,并分别研究了摩擦力、负载、气源压力和工作容积4个主要因素对系统特性的影响.仿真结果表明,该系统开环稳定,且不论摩擦力存在与否,系统输入输出都存在着良好的静态线性关系,但静摩擦力影响稳态输出值,增加负载或减小气源压力都将引起系统超调和震荡加剧,而减小PMA内部的工作容积可以提高系统响应.

气动人工肌肉关节的饱和自适应鲁棒控制

为了实现脉宽调制(PWM)高速开关阀控制的气动人工肌肉单关节的轨迹跟踪,采用了一种基于不连续映射函数的饱和自适应鲁棒控制(SARC)策略.针对非线性系统中存在的参数不确定性和未建模特性,结合确定性鲁棒控制和自适应控制,保证了控制系统全局稳定性,减小了由于参数的不确定造成的系统不确定性.仿真结果表明,在多组不同建模误差和外加干扰影响下,闭环系统状态都能在有限时间内到达并保持在期望的收敛域内,施加参数自适应律能显著提高跟踪性能.

气动人工肌肉驱动器在六足步行机器人中的应用

本文介绍了应用一种新型的气动人工肌肉驱动器实现的六足步行机器人 ,包括机械设计、步态规划和控制系统设计 。

基于实验模型的气动人工肌肉位置控制研究

针对目前气动人工肌肉数学模型建模过程较为复杂的问题,提出一种气动人工肌肉的实验模型辨识方法。以气动人工肌肉-质量系统为实验对象,对其输入气压与气动肌肉收缩量之间的关系模型进行实验辨识研究。采用欠阻尼二阶系统来描述气动人工肌肉充气与排气过程的动态响应,并利用实验数据对模型参数进行辨识。最后基于辨识得到的模型进行气动人工肌肉的位置控制,实验结果验证了模型的有效性。

气动人工肌肉制作及应用

气动人工肌肉作为一种新型的气动执行元件,在服务型机器人中得到了越来越多的应用。本文对气动人工肌肉所需的制作材料、制作过程、工作原理和特性进行了详细的叙述,最后介绍了用制作的气动人工肌肉驱动机械装置的应用实例。

柔性气动执行器的研究现状和趋势

介绍了当前各种柔性气动执行器的研究背景、结构原理和最新研究进展 。

柔性气动肌肉设计制作与实验研究

设计了一种全部由柔性材料制成的气动肌肉。通过理论分析和Abaqus软件仿真确定气动肌肉的设计参数,然后按照设计参数进行气动肌肉的制作。根据气动肌肉的工作条件搭建气动控制回路,利用Matlab GUI设计上位机操作界面以进行实验数据的采集。

基于气动肌肉的多自由度关节的实验研究

该文设计了一根气动人工肌肉驱动特性实验台的计算机辅助测试系统,通过此实验台得到气动人工肌肉的内部气压和其收缩量之间的变化关系。根据实验得到驱动特性,设计了基于气动人工肌肉的机械手关节和控制系统,并通过实验得到了气动人工肌肉的气压和机械手关节转动角度的曲线关系。

悬吊式重力卸荷系统的主动式缓冲控制

针对索驱悬吊式重力卸荷系统被动缓冲器带来的欠驱动问题,提出了基于气动人工肌肉(Pneumatic Artificial Muscle,PAM)主动式缓冲器控制方法。首先,分析用于地面微/低重力模拟的悬吊式重力卸荷系统,为了克服PAM高度非线性特性,提出基于块结构的非线性神经网络建模方法,其次分析吊索与航天器相互作用过程中挠性引起的力扰动,最后采用非线性模型预测跟踪控制。相比传统PID控制方法,该方法具有参数调节简单,实时跟随性能好,以及对卸荷系统目标惯性参数的摄动具有控制性能不变性等优势。实验结果表明,设置不同扰动情况跟随力误差都能保证在3%以内,实验证明了基于PAM主动缓冲器的可行性,所提出的控制方法能够在挠性不确定性的情况下实现力跟随控制。