为实现气动肌肉在多自由度康复机器人中的应用,设计一种用于步态康复训练二自由度下肢康复辅助训练机器人,驱动器由气动肌肉和拉伸弹簧并联驱动关节以实现节能辅助行走。建立人体下肢运动学和动力学模型,并以标准CGA步态曲线作为关节输入,通过SolidWorks/Motion进行运动学仿真,验证所设计的模型符合人体下肢运动规律。针对气动肌肉伸展时存在非线性使得关节控制困难,提出了模糊自适应PID控制算法。在MATLAB/Simulink中进行仿真控制实验,仿真结果表明:相比传统PID算法,模糊PID自适应控制算法使外骨骼达到更好的跟随效果。最后通过实验平台验证了模糊PID自适应控制算法能够满足患者主动康复训练的需求。

空气爆发能够让足式机器人高速前进。受猎豹高速奔跑的启示,开普敦大学的机器人专家开始试验老式液压执行器的“兄弟”——气动。用气体而非液体作为工作流体,可以以一种相对简单、低廉的内置可塑外型实现高牵引比,这意味着工作流体可以被压缩,并且在压力释放时能够恢复其原始体积,而这正是液压所缺乏的。气动装置容易控制吗?答案是否定的。不过要让机器人像猎豹一样奔跑,复杂的控制可能根本没有必要。

以气动肌肉为新型执行器构建车用主动悬架系统,依据1/4悬架模型搭建实验平台,研究气动肌肉主动悬架系统的减振性能及其控制特点。主要在建立该系统数学模型的基础上,运用Matlab+Simulink软件,采用PID控制算法,对不同的激励信号作用下的系统性能进行了仿真研究,以验证气动肌肉主动悬架系统的可行性与有效性。

针对人体手臂负载弯举过程中易产生肩袖损伤的问题,设计了一种气动肌肉上肢外骨骼机器人。其本体结构由一个肘关节外骨骼机器人和气动式外展肩枕构成,并通过双层护肩结构固定于穿戴者上肢。该设计结合了刚性外骨骼机器人结构的力传递优势和柔性仿生式织物结构的柔顺性优势,在负载弯举过程中对穿戴者的肘关节和肩关节提供必要的助力,同时提高了肩关节处的人机相容性。对比实验结果表明,实验者手持负载并穿戴气动式上肢外骨骼机器人后可以在心率无显著性增加的状态下完成弯举动作,并且在气动式外展肩枕的作用下肩部外展轨迹更近似于自然弯举状态下的轨迹。与无穿戴状态下对比,肱二头肌肌电信号的平均绝对值和均方根分别降为69.92%~70.97%和66.46%~78.85%,冈上肌肌电信号的平均绝对值和均方根分别降为80.67%~81.51%和78.02%~89.22%。

连续型机器人具有本质柔顺的本体结构,由此带来的环境适应性和安全性得到了人们的广泛关注.然而柔软的结构也可能导致机器人负载能力和定位精度的不足.针对这种情况提出了一种全新的混合驱动连续型机器人,能够平衡结构柔顺性、定位精度、刚度等性能.该机器人的驱动器在传统气动肌肉的基础上内置弹性杆,保持了系统的紧凑性.通过模式切换机构使驱动器能够在气压驱动与弹性杆驱动两种模式间切换以实现大范围运动和小范围精确定位,并在这个过程中拥有不同的刚度.当机器人进行大范围运动时,由气动肌肉提供主要的行程和输出力;当机器人到达指定工作位置附近时,由直线电机牵引弹性杆驱动机器人末端实现精确定位并提高机器人的刚度.基于力平衡的原理建立了混合驱动器的气压-长度模型,通过模型仿真与实验结果的对比,发现驱动器死区的存...

针对传统建模只能解决一对一的映射关系,而气动肌肉的参数之间是一种多对多迟滞关系的问题,引用了一种基于多项式拟合算法的神经网络建模方法。首先,搭建实验平台,获取迟滞数据;然后,利用曲线拟合构建多项式拟合模型,得到合模型的输出位移数据;最后,采用曲线拟合与神经网络相结合的方法,建立了迟滞模型。通过仿真结果对比发现基于多项式拟合的神经网络模型各项误差均优于现有模型。

气动肌肉驱动器因能很好地解决机械臂柔顺性的问题,其在仿人机械臂上的应用已经成为了研究热点。但目前针对机械臂的建模多忽略驱动器质量,或考虑为集中分布情况,同时一般考虑关节铰为线弹性扭簧。这些假设不太符合气动肌肉驱动器的实际力学性能。因此通过D-H法建立了一种仿人机械臂结构的运动学模型,核算了其奇异位形。通过能量法建立了驱动器质量分散分布下的仿人机械臂的动力学模型;通过假设模态法进行离散化,得到标准特征式方程。基于Wolfram Mathematica 9进行编程,获得了该仿人机械臂在两个关键的奇异位形之间运动时,其固有频率随关节角度和关节铰刚度变化的形式。

基于类人气动肌肉,设计了类人上肢肘关节驱动系统,旨在研究人体上肢的运动和控制规律.在该系统中,2个滑轮模拟肘关节的运动,前臂固定于模拟肘关节的滑轮上,可随滑轮一起转动;肌肉松弛时,手臂保持水平.最后,通过计算机控制实现了系统屈伸动作.

根据气动肌肉的理论模型,分析了气动肌肉初始直径和初始长度对气动肌肉特性的影响,并对气动肌肉结构设计中的参数选择与设计问题进行了研究.文中提出的思想对气动肌肉的结构参数设计具有指导意义.

设计了一个由气动肌肉驱动的仿人臂,该臂具有4个自由度,肩部采用虎克铰形式.其具有重量轻、控制容易及柔顺性好等优点.初步试验表明,该仿人臂能够基本实现人类关节的柔顺运动.