为解决现阶段柔性驱动器负载能力低、变形范围小等问题,设计并制作一种三自由度气动柔性驱动器,分析其变形机制并通过实验研究增强肌肉对驱动器伸长量、弯曲方向及弯曲角度、驱动力的影响。实验结果表明通过控制驱动器人工肌肉内腔气压,驱动器可以产生轴向伸长和空间0°~360°任一方向弯曲变形;增强肌肉通压对驱动器变形量和驱动力有增幅作用,0.4 MPa气压下驱动器无增强肌肉时伸长率为49%,弯曲角度为68°,轴向驱动力为278 N;有增强肌肉时驱动器伸长率为54%,弯曲角度为77.5°,轴向驱动力为300 N。

介绍了一种自主研发的新型关节,该关节主要有弹性气囊和约束元件组成,驱动装置和关节本体复合成一体结构,相当于三个人工肌肉并联,具有三个自由度,能够实现轴向伸长和空间任意方向的弯曲.对关节的轴向伸长和平面弯曲进行了实验研究,得到了关节变形特性曲线,为以后的进一步研究与应用奠定了基础.

设计一种片状约束环套装5个密封弹性腔体和弹簧的气动多向柔性驱动器,分析驱动器受力和力矩,建立气压与轴向伸长量、驱动力、弯曲方向的非线性理论模型.通过试验与理论模型对比,获得驱动器在不同气压下的形变与驱动性能关系.结果表明通过控制通入气体压力,可以控制驱动器产生不同程度的形变与驱动力;气压越大,形变与驱动力越大;该驱动器具有较高的灵活性和良好的驱动性能,改变通气方式,驱动器可以完成轴向伸长和空间多个方向的弯曲变形;0.23 MPa气压下驱动器轴向伸长量为137 mm,伸长率超过100%,弯曲角度达225°,轴向驱动力为242 N,弯曲夹持力为169 N.

本文介绍了气动柔性关节的结构和工作原理,该关节利用气压驱动实现轴向伸长和弯曲变形.对关节进行了力(矩)平衡分析,建立了压力与关节伸长和端面转角之间的数学关系.搭建了试验系统,对关节进行了压力与伸长量及转角的关系实验.引入了修正系数,修正好的模型能较好的反映关节的运动过程.

介绍了伸长型气动人工肌肉的结构，分析了伸长型人工肌肉的轴向力学特性，建立了轴向变形力学模型，通过实验验证了力学模型的可信性。