基于气动人工肌肉仿人机械手臂肩关节的运动控制

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1、上海交通大学硕士学位论文基于气动人工肌肉仿人机械手臂肩关节的运动控制姓名：洪熠申请学位级别：硕士专业：机械电子工程指导教师：施光林20090201上海交通大学工学硕士学位论文摘要基于气动人工肌肉仿人机械手臂肩关节的运动控制摘要随着仿生学和机器人学的不断发展，仿人机械手已被广泛应用于医疗、服务及娱乐等多个领域中，目前对于仿人机械手的研究也在不断地深化发展。气动人工肌肉作为一种新型的驱动器，适合驱动仿人机械手，从而减轻仿人机械手的重量和成本，增加其柔顺性、灵活性。本论文基于实验室已有的一套快速抛接电液

2、比例控制系统，采用气动人工肌肉为之设计一个多自由度仿人机械手臂，以实现实验用物体在三维空间的定点搬运，增强原有系统的自动化程度，同时也是期望通过理论分析与实验研究，探寻基于气动人工肌肉的仿人机械手臂的最佳结构和最佳运动控制方法，为实际应用这种新型仿人机械手臂提供理论与实践的指导。本论文介绍了气动人工肌肉在仿人机械手臂中的各种驱动方式及其优缺点；在此基础上，提出了仿人机械手臂的设计方案，并根据已有系统的尺寸参数及功能要求，完成了基于气动人工肌肉仿人机械手臂的三维运动学仿真和其肩关节详细的机械结构设计

3、；设计了采用PLC、气动I上海交通大学工学硕士学位论文摘要高速开关阀和角位移传感器等组成的仿人机械臂肩关节气动与控制系统。本论文以所设计的仿人机械臂肩关节气动与控制系统为对象，建立了仿人肩关节单关节动力学模型；运用Matlab软件中Simulink模块库、Fuzzy工具箱，进行了单关节PID控制系统的建模与性能仿真，并开展了单关节模糊－PID双模控制系统的建模与性能仿真；另外，还将模糊－PID双模控制方法用于仿人肩关节串、并行运动控制。所做的仿真研究表明，采用模糊－PID双模控制对提高与改善仿人肩

4、关节控制系统的综合性能是比较有效的。本论文完成了所设计的仿人肩关节气动与控制系统实验装置的搭建，并进行了仿人肩关节运动控制的相关实验研究。从所进行的单关节定位运动控制实验和肩关节多关节复合动作的定位运动控制实验结果表明，仿人肩关节的结构设计是合理的，所提出的模糊－PID双模控制方法更有利于仿人肩关节的运动控制。经过仿真与实验研究表明，所设计的仿人肩关节较好地符合设计之初提出的基本要求。这就为以后的仿人机械手臂的改进设计与应用提供了借鉴。关键词：气动人工肌肉，仿人机械手臂，仿人肩关节，运动控制，Fu

5、zzy-PID双模控制，气动高速开关阀II上海交通大学工学硕士学位论文ABSTRACTONTHEMOTIONCONTROLOFSHOULDER-JOINTOFTHEROBOTICARMDRIVENBYPNEUMATICARTIFICIALMUSCLESABSTRACTAlotResearcheshavebeingcarriedonthebionicsroboticarmwidelyanddeeplyasbionicsandroboticsdevelopingquickly.Forbionicsro

6、boticarmexcelsatagilityandfacility,itisquitepopularinmedicaltreatment,servingaswellasentertainmentfiled.Pneumaticartificialmusclecanbeusedasactuatorswhichdriveroboticarmdirectly.Bionicsroboticarmwithpneumaticartificialmuscleismuchsmallerinweight,costa

7、swellasportable.Basedonafastelectricandhydraulicservodevice,amultipledegreeoffreedomroboticarmdrivenbypneumaticartificialmusclesisdesignedinthisthesistocarrylaboratorialobjects.Bettermechanicalstructureandmotioncontrolstrategyofroboticarmcouldbeobtain

8、edbytheoreticalandexperimentalanalysis,whichcouldofferguidanceforputtingthisnewtypeofbionicsroboticarmintopracticaluse.III上海交通大学工学硕士学位论文ABSTRACTSeveralmethodstodriveroboticarmwithpneumaticartificialmusclesarepresentedinthisthesisfirst.Withcare