气动人工肌肉上肢仿生关节设计.pdf

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1、2014年第3期液压与气动1Oldoi：10．11832／j．issn．1000-4858．2014．03．026气动人工肌肉上肢仿生关节设计项超群，杨辉，柳强，胡理通，郝丽娜(东北大学机械工程与自动化学院，辽宁沈阳110819)摘要：气动系统以其具有结构简单、无污染、维修方便等优点，得到越来越广泛的应用。基于人体的拮抗肌对拉驱动原理，利用气动人工肌肉(PAM)驱动器，设计了三自由度(3．DOF)的仿生关节。在Adams环境下建立关节模型虚拟样机，并对其进行了运动仿真。仿真结果表明，该仿生关节结构运动曲线平滑、运动平稳、柔顺性好，满足设计要求。除此之外，对加工出的原理样机进行了可行性实

2、验验证，绕轴的旋转实验表明：a．当充气压力越大，前臂平台转角速度越快，b．当充气压力在O．2MPa及以上时前臂平台转角达到所需角度。绕z轴的转角实验表明，前臂圆盘的转角范围为可达所需角度，验证了机构的可行性。关键词：仿生关节；气动人工肌肉(PAM)；三自由度(3一DOF)；运动仿真；可行性实验验证中图分类号：TH138：TP242文献标志码：B文章编号：1000-4858(2014)03_()101-04DesignofUpperLimbBionicJointDrivenbyPneumaticArtificialMusclesXIANGChao—qun，YANGHui，LIUQiang

3、，HULi—tong，HAOLi—na(SchoolofMechanicalEngineering&Automation，NortheasternUniv．，Shenyang，Liaoning110819)Abstract：Pneumaticsystemswhichhavetheadvantagesofsimplestructure，nopollutionandeasymaintenancehavegainedmoreandmorepopularity．Basedontheprincipleofantagonistmuscle，a3一DOFbionicelbowjointisactua

4、tedbypneumaticartificialmuscle(PAM)．IntheenvironmentofADAMS，avirtualprototypeofthejointmodelwasestablished，andthemotionsimulationhasbeendone．Thesimulationresultsshowthatthemotionofbionicjointissmoothandsteady，andithasagoodflexibility，whichcanmeetthedesignrequirements．Besides，experimentalverifica

5、tionwascarriedoutontheprincipleprototype，andexperimentofrotationofbionicjointa-roundtheXaxisshows：a．thehigherinflationpressureisappliedonthePAM，thequickertheplatformofforearmwillrotate；b．wheninflationpressureisgreaterthanorequal2bar，therotationangleofplatformofforearmwillmeettherequirements．Expe

6、rimentofrotationofbionicjointaroundtheZaxisshowstherotationangleofthefore-arnlplatformcanmeettherequirements，whichverifythefeasibility．Keywords：bionicjoint，pneumaticartificialmuscle(PAM)，threedegreesoffreedom(3一DOF)，motionsimulation引言范围、响应时间、输出力与生物肌肉有着很大程度的相气动系统以其具有结构简单、无污染、维修方便、似性，它可以直接安装在仿人机械手

7、臂中作为驱动器，环境适应性强和抗干扰能力强等优点，得到人们越来越广泛的应用。气动人工肌肉(PneumaticArtificial收稿日期：2013-09-21Muscle，简称PAM)作为气动系统中的执行部分，具有基金项目：国家自然科学基金(51075066)；国家高技术研究电机驱动和液压驱动无法比拟的优点。PAM主要由发展计划项目(2008AA04Z305)橡胶管和套在其外面的编织网组成，当内部气压升高作者简介：项超群(1986一)，男，辽宁