平面对抗型气动人工肌肉关节设计与转角特性试验分析.pdf

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1、液压气动与密~1-／2015年第12期doi：lO．39694．issn．1008—0813．2015．12．011平面对抗型气动人工肌肉关节设计与转角特性试验分析张增猛，陈佐钟，弓永军，侯交义，苗坚(大连海事大学交通运输装备与海洋工程学院，辽宁大连116026)摘要：根据气动人工肌肉驱动特性，设计了平面对抗型气动人工肌肉关节，采用气动比例减压阀调节人工肌肉压力，搭建了平面对抗型关节转角试验回路，对关节转角静态特性进行了分析，通过关节转角特性试验，分析了关节理论转角与试验转角之间偏差产生的原因。关键词：气动人工肌肉；对抗型回转关

2、节；静态特性；设计中图分类号：TH138文献标志码：A文章编号：1008～0813(2015)12—0036—04TheDesignandAngleCharacteristicExperimentalofPlaneConfrontationJointwithPneumaticArtificialMuscleZHANGZeng-meng，CHENZuo-zhong，GONGYong-jun，HOUJiao-yi，MIAOJian(TransportationEquipmentandOceanEngineeringCollege，D

3、alianMaritimeUniversity,Dalian116026，China)Abstract：Theplaneconfrontationjointisdesignedaccordingtotheactuatingcharacteristicsofpneumaticartificialmuscle．Inthesystem，pneumaticproportionalpressurereducingvalveisadoptedtoregulatingartificialmusclestress．Tostudythestati

4、ccharacteristicofjointan·gle，theconfrontationjointangletestrigisbuildandexperimentsarecarriedout．Resultsshowthatthereisdeviationbetweenthetheoreticalandtheactualangles．Keywords：oneumaficartificialmuscle；againsttyperotaryjoint；staticcharacteristic；desighO引言系统变得笨重，日本大阪

5、大学的YoheiAriga等人为了避免气动肌肉的非线性特性，提出了一个线性近似模随着机器人技术的不断发展和完善，对于机械手型来解释由摩擦和弹性引起的能量损失，北京理工大臂的研究也在不断进步。机器手臂一般具有精确度学的刘昊等人设计了一种2阶自抗扰控制器对气动人高、执行速度快、承载能力强等方面的优点，但在柔顺工肌肉关节系统进行线性补偿，东北大学的杨辉等人性方面却有所欠缺。目前机械手臂的驱动器主要包括利用刚体模型法建立了三自由度气动仿生肘关节运动各种电机、液压缸、气压缸，但是这些驱动器自身有很学逆解数学模型。项超群等人嘲基于人体的拮抗

6、肌对多不足之处，造成以这些驱动器驱动的机械手臂的结拉驱动原理，利用PAM驱动器，设计了三自由度的仿生构复杂，并且不具有良好的柔顺性。近年来，由气压驱关节。在Adams环境下建立关节模型虚拟样机，并对其动的机械手因为其功率质量比大、成本低、重量轻和系进行了运动仿真。由于气动人工肌肉最基本的应用方统简单已经广泛用于工业领域。日本同志社大学的式是由一对对抗型气动人工肌肉驱动关节，因此关节NobutakaTsujiuchi等人用两根气动肌肉从能量的角模型与转角特性的研究是气动人工肌肉应用的基础。度建立了1自由度的关节模型，通过搭建的PI

7、D控制系本文以气动人工肌肉输出特性的经验公式为基础，对统分析了关节臂的相应速度，美国斯坦福大学的Dong．关节的模型和转角特性进行了理论分析，并基于所搭iunshin等人圆设计了用多个平行的气动肌肉来驱动关建的关节试验平台开展了关节转角特性试验。节，这样就增加了运动和可用转矩的范围，同时避免了1关节设计与工作原理收稿日期：2015—09—281．1工作原理基金项目：国家自然科学基金资助项目(51005028)；交通运输部交通应气动人工肌肉是由气压控制且单向运动的驱动用基础研究资助项目(2012329225O5O)；辽宁省自然科学

8、基金资助项目器，只能在充气时产生收缩力，因此无法采用单根气动(201202016)；中央高校基本科研业务费专项资金资助(3132014303)肌肉实现关节的双向运动，需要利用两根气动肌肉组作者简介：张增猛(1979一)，男，山东济南人，副教授，博士，主要从事流成