基于气动肌肉群驱动球关节机器人结构及阻抗控制

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1、学兔兔www.xuetutu.com第49卷第l5期机械工程学报V_ol_49No．152013年8月JOURNALOFMECHANICALENGINEERINGAug．2013DoI：1O．3901，JME．2013．15．028基于气动肌肉群驱动球关节机器人结构及阻抗控制木‘刘昱王涛范伟(北京理工大学自动化学院北京100081)摘要：气动肌肉(Pneumaticmuscleactuator,PMA)是仿生机器人研究的重点，为此，设计一种由气动肌肉群驱动的3自由度球关节机器人，并对其进行运动学分析。根据其运动学逆解，提出

2、气动肌肉群位置控制策略；同时，提出基于运动学逆解及能量最优原则气动肌肉群力控制策略；设计基于气动肌肉位置群及力群的含位置PID内环的阻抗控制器。试验结果表明，单纯的位置控制精度比较高，可达0．3。，但造成输出力矩失控；阻抗控制虽然在一定程度上牺牲了位置控制精度，但可以对输出力矩进行柔顺控制。关键词：气动肌肉群控策略阻抗控制中图分类号：TP242MechanismandImpedanceControloftheBallUniversalJointRobotDrivenbythePneumaticMuscleActuatorG

3、roupLIUYⅥNGTaoRNWlei(SchoolofAutomation，BeijingInstituteofTechnology,Beijing100081)Abstract：Pneumaticmuscleactuator(PMA)iStheresearchfocusofbionicrobot．Therefore．atriaxial-balIunivcrsaljointrobotdrivenbythePMAgroupisdesigned．Thekinematicsoftherobotisanalysed．Onthe

4、basisofitskinematicsanalysis，thepositioncontrolstrategyofthePMAgroupisproposed．Basedonthekinematicsanalysisandtheenergysavingprinciple，thecontactforcecontrolstrategyofthePMAgroupisproposed．AnimpedancecontrolschemewiminnerpositionPIDloopisdesignedforthePMAgroup．Res

5、ultsshowthatunderpositioncontrolonly,thecontrolaccuracyishigherthanimpedancecontrolandthesteady—errorislessthan0．3。，however,thecontactforceisoutofcontro1．ImpedancecontrolsacrificesacertaindegreeofpositioncontrolaccuracybutCanrealizecompliantcontrolofcontactforce．K

6、eywords：PneumaticmuscleactuatorGroupcontrolstrategyImpedancecontro1关节控制器(Cerebellarmodelarticulationcontroller,0前言CMAC)的变结构控制，位置精度达到0．3InlTl。文献[5]采用力／位置复合控制对气动肌肉驱动并联机气动肌肉(Pneumaticmuscleactuator,PMA)是器人进行控制。文献[6]对传统气动肌肉结构进行改一种仿生驱动器。它的“力一收缩”特性与人类肌肉进并对单支气动肌肉进行了阻抗控制。

7、目前，针对气动肌肉的被动柔顺研究比较多，主动柔顺研究较非常类似，具有柔顺性好、输出力与重力比大等特少，且主要集中于针对单支气动肌肉的柔顺研究。点，其轴向收缩率大25％~30％PMA通常被用于气动肌肉驱动机器人末端在约束环境中运动时，为仿生机器人的关节驱动J。文献[2】开展了气动肌肉克服输出力的柔顺要求和对位置伺服精度要求之间驱动特性试验和基于BP网络的位置跟踪控制。文的矛盾，需要通过阻抗控制来协调。文献[7]采用奇献【3．4】使用了自组织模糊PID控制、基于小脑模型异摄动方法来研究冗余柔性关节机器人的笛卡尔阻抗控制。文献[

8、8]研究通过关节刚度调节来改善主动国家自然科学基金资助项目f50475163)。20120809收到初稿，20130528柔顺性。目前，阻抗控制研究是热点，主要有反步收到修改稿学兔兔www.xuetutu.com学兔兔www.xuetutu.com学兔兔www.xuetutu.com2013年8月刘昱等