单体水压人工肌肉仅能提供收缩作用,基于水压人工肌肉驱动关节的工作原理,设计了仿生机器人单元模块,能实现伸缩和2个方向的偏转功能。利用水压人工肌肉的力位移特性,对弹簧进行选型计算。搭建了由四水压人工肌肉驱动的单元模块,并完成不同弹簧下的偏转试验,采集水压人工肌肉的收缩力、工作压力以及单元偏角,得到在空载条件下压力变化量与单元模块偏转角度之间的关系曲线。为进一步设计带载模块化仿生机器人奠定基础。

为充分利用水压人工肌肉高输出重量比的优势,设计双作用水压人工肌肉关节。通过对水压人工肌肉的力学特性进行理论计算分析,结果表明,水压人工肌肉输出力大而收缩位移有限,因此,关节设计的关键在于放大收缩位移并降低传动丝载荷。采用滑轮组与关节轴承相结合的方式,放大水压人工肌肉的有效行程并降低传动丝的载荷,实现了关节的大范围运动。此外,进一步开展了双作用水压人工肌肉关节的模块化设计,为实现多关节串联扩展设置电、机械和水液压接口,设计传动丝的连接结构及空间布局,对紧凑化结构进行了强度分析。模块化双作用水压人工肌肉关节的设计能够为进一步研发多自由度水压人工肌肉机械臂奠定基础。

为了研究水压人工肌肉在水下的性能演化规律和可靠性,设计了水压人工肌肉水下驱动试验系统。根据水压人工肌肉样本型号,分析水压人工肌肉的力位移特性。设计不同收缩量时的水压人工肌肉循环载荷试验结构和弹簧参数。搭建水压人工肌肉水下驱动试验系统,对试验台进行基本功能调试。完成水压人工肌肉在斜坡信号和正弦信号两种工况下的调试,得到了水压人工肌肉力位移特性曲线。试验系统在加载和采集数据中可以正常工作,为下一步水压人工肌肉在水下的研究提供条件。

单体水压人工肌肉仅能提供收缩作用。基于双作用液压缸的工作原理,设计了一体化双作用水压人工肌肉直线执行器。利用水压人工肌肉的力-位移特性,分析执行器运动行程与水压人工肌肉结构参数之间的关系,并确定执行器的相关参数。对导流件和动密封部件进行结构设计,使2个水压人工肌肉的工作压力独立控制。在此基础上,分析水压人工肌肉的工作条件对执行器运动的影响,并对导向元件和运动元件进行强度分析,为一体化双作用直线执行器样机研制奠定基础。