编织型气动人工肌肉几何特性研究

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1、2010年1月机床与液压Jan．2010第38卷第1期MACHINETOOL＆HYDRAULICSVo1．38No．1DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2010．01．008编织型气动人工肌肉几何特性研究臧克江，郭艳玲，马岩，高明(1．东北林业大学，黑龙江哈尔滨150040；2．佳木斯大学，黑龙江佳木斯154007)摘要：以McKibben型气动人工肌肉为研究对象，对编织型气动人工肌肉工作机理进行了研究，建立了考虑端部有径向约束的气动人工肌肉几何模型，并对所建模型进行数值分析。通过与理想圆柱模型的对比，所建模型从理论上能更精确描述气动人工肌肉的工

2、作特性，这对建立更加精确的气动人工肌肉模型有着重要的意义。关键词：气动人工肌肉；理论建模；端部径向约束中图分类号：TP211+．32文献标识码：A，文章编号：1001—3881(2010)1—024—4StudyofGeometryCharacteristicofBraidedStylePneumaticArtificalMuscleZANGKejiang，GUOYanling‘，MAYan，GAOMing(1．NortheastForestryUniversity，HerbinHeilongjiang150040，China；2．JiamusiUniversity，J

3、iamusiHeilongjiang154007，China)Abstract：TheworkingmechanismofbraidedstylepneumaticartificalmusclewasstudiedwithMckibbenpneumaticartificalmus—cleactuatorasacase．ThegeometricalmodelofbraidedstylepneumaticartificalmuscleactuatorWasbuiltbyconsideringtheendra-dialconstraintandanalyzedbynumeri

4、calmethod．Bycomparingwiththeidealcylindermodel，resultshowsthatthismodelCanexact-lydescribetheworkcharacteristicsofpneumaticartificalmuscleactuatorintheory．Keywords：Pneumaticartificalmuscleactuator；Theorymodel；Endradialconstraint0前言端部有径向约束的气动人工肌肉几何模型，这对更加气动人工肌肉作为一种新型气动驱动元件引起了精确地描述气动人工肌肉的工

5、作性能有着非常重要的国内外学者的关注，并做了大量的研究工作。由于其意义。工作特性类似于动物肌肉，工作介质为压缩空气，其1McKibben型气动人工肌肉的结构及工作机理名由此而得。气动人工肌肉不仅可以实现轴向驱1．1McKibben型气动人工肌肉的结构动⋯，也可以实现旋转驱动，广泛用于机器人、自动生产线、轻工机械以及人体康复机械等领域。从现l-橡胶管有文献看，早期的研究多为气动人工肌肉功能的实卜编织网3--法兰现，近些年来多以应用开发研究为主，而关于气动人4__密封豳工肌肉工作机理和建模方面的研究还不是很多。总结s一管接螺母现有文献，气动人工肌肉的建模方法有两种：一种是6

6、一隔膜软管卜盘型弹簧能量方法，另一种是力平衡方法。。McKibben型●圜&-内部圆锥气动人工肌肉是一种典型的编织型气动人工肌肉，对于这种形式的气动人工肌肉，无论是能量方法还是力平衡方法，其条件皆为理想状态，即气动人工肌肉始图1气动人工肌肉结构图终保持理想圆柱状态。但实际的气动人工肌肉两端存McKibben气动人工肌肉最早由McKibben在2O在约束，理想圆柱模型并不能精确地表达气动人工肌世纪50年代后期提出，通常人们称之为McKibben型肉的工作特性。尽管一些研究对气动人工肌肉的气动人工肌肉。McKibben型气动人工肌肉是现在应模型进行了修正，但都是在一些假设条

7、件下推导出来用较为广泛的一种气动人工肌肉，它采用编织结构，的，并且这些假设条件不是来自于气动人工肌肉工作主要由具有气密性的弹性橡管和具有承载能力的编织机理。作者以McKibben型气动人工肌肉为研究对象，网构成，编织网的丝由高抗拉强度材料制成，两端设从工作机理出发，利用其结构的几何特性，建立考虑有端盖。端盖为组合件，采用扣押式结构与弹性橡管收稿日期：2008—09—04基金项目：黑龙江省自然科学基金项目(E2005-02)；黑龙江省教育厅项目(11531372)作者简介：臧克江(1965一)，男，博士研究生，研究方向为流体传动与控制技术。