纯水液压人工肌肉驱动系统的动态特性研究

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1、2011年5月机床与液压Mav2011第39卷第9期MACHINETOOL&HYDRAULICSV0l_39No．9DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2011．09．009纯水液压人工肌肉驱动系统的动态特性研究安莉，聂文婷，付永钦，王丹，游步东，柯尊荣(南昌大学机电学院，江西南昌330031)摘要：将液压仿生人工肌肉系统作为一种液压传动控制系统，同时将液压仿生人工肌肉视为变截面积液压缸，在液压缸动态特性方程的基础上推导出描述液压仿生人工肌肉驱动系统动态特性的非线性数学模型，并用计算机仿真分析该系统的动

2、态工作特性，为该系统动态特性的实验研究奠定基础。关键词：纯水液压系统；动态特性；仿真研究中图分类号：TH137文献标识码：A文章编号：1001—3881(2011)9—029—4DynamicCharacteristicsInvestigationonDrivingSystemofWaterHydraulicMuscleANLi，NIEWenting，FUYongqin，WANGDan，YOUBudong，KEZunrong(NanchangUniversity，NanchangJiangxi330031，China)Abs

3、tract：Takingthewaterhydraulicmuscle(WHM)systemasahydraulicdrivecontrolsystemmeanwhileregardingWHMasavariablecross—sectioncylinder，anonlinearmathematicmodeldescribingthedynamiccharacteristicsofWHMsystemwasderived．Thesimulationanalysisofthedynamiccharacteristicswasca

4、rriedoutbycomputer．A11thoseprovidetheoreticalfimndationforexperi—mentalstudyonthedynamiccharacteristicsofWHM．Keywords：Waterhydraulicsystem；Dynamiccharacteristics；Simulation人工肌肉AM(ArtificialMuscle)驱动技术是仿和重复度高等优势。同时，与常规油压执行器相比，生学应用于流体驱动领域的结果，是该领域的研究前WHM更具绿色环保之优点。沿之一。

5、气动人工肌肉PM(PneumaticMuscle)广泛纯水液压介质几乎不可压缩，而气体的可压缩性应用于机器人和自动化生产线等领域，产生了巨大的是液体的千倍，因此，PM膨胀收缩产生的执行动作经济效益和社会效益，但其工作噪声大、输出力小、有很强的迟滞性，而WHM的响应速度则要快很多。传动精度和重复度低等固有缺点一直困扰着AM技术PM执行系统的动态过程分为“等容充气”、“充气收的发展⋯。作者提出一种纯水液压人工肌肉缩”、“排气伸长”和“等容排气”四个过程；WHM(WaterHydraulicMuscle)，如图1，其核心WHM执行

6、系统的动态过程则由于水的不可压缩性而在于AM不再由气压驱动，而由纯水液压介质驱动。分为“充水收缩”和“排水伸长”两个过程。由于驱动介质的巨大差异，WHM驱动系统的动态特性与以往PM驱动系统的动态特性大不一样。l234S67WHM的静态输出力具有严重的非线性特征，模1一法兰2一接管螺母3一密封圈4一盘形弹簧型复杂，两端变形对其输出力影响较大，橡胶弹性和卜内部圆锥6__隔膜软管7一纯水液压介质内部摩擦也对输出力影响较小，工程实际应用中可忽图1纯水压人工肌肉(WHM)结构示意图略不记。作者拟以WHM的静态输出力模型为基WHM突破了

7、液压缸必须由流体推动活塞来产生础，建立描述WHM驱动系统完整统一的动态数学模执行动作这一传统概念，其没有活塞杆，甚至连活塞型，并研究该系统的动态特性，为WHM执行系统的也没有，仅由外包钢丝编织网的橡胶筒和两端接头组控制和应用奠定理论基础。成，充压后像强健的肌肉那样产生强大的收缩力。液1WHM驱动系统动态特性分析压介质流动噪声较小、不可压缩及系统压力高，因而1．1WHM模型原理WHM较PM具有工作噪声小、输出力大、传动精度研究纯水液压人工肌肉驱动系统的动态特性，就收稿日期：2010—06—07基金项目：江西省教育厅项目(GJJ

8、10294)；江西省自然科学基金重点资助项目(2009GZC0088)；国家大学生创新性实验计划项目(0810403027)作者简介：安莉(1989一)，女，本科生，主要从事纯水液压技术研究。电话：15879007169，E—mail：alina2009cool@一yeah．net。·3O