肘关节的设计和控制是仿人手臂的研究重点。为了得到肘关节的模型,首先搭建测试平台对单根气动肌肉进行静态建模,再建立级联式肘关节的名义模型,采用最小二乘参数辨识得到模型的参数。基于Luenberger干扰观测器设计了滑模控制律。分别采用PID控制、滑模控制和基于干扰观测器的滑模控制对肘关节位置跟踪进行仿真和实验,在仿人手臂末端夹持半瓶矿泉水作为负载和外界不确定性干扰,测试3种控制算法的性能。仿真和实验结果表明,基于干扰观测器的滑模控制位置跟踪精度和鲁棒性均优于滑模控制和PID控制。

冲击检测是仿生驱动器研究难点。基于管腔效应,对比分析气动肌肉轴向和径向冲击特性,采用流体阻抗法建立差压信号模型;搭建冲击测试平台,通过实验研究了负载、气压、冲击强度和径向冲击位置对差压信号的影响;对比了径向和轴向冲击时差压信号相频曲线的周期性变化特性;设计自相关函数提取差压信号的周期性特征。实验结果表明,差压信号自相关函数法可有效检测与区分轴向和径向冲击,40组验证实验数据的区分准确率为97.5%.