人工肌肉驱动关节刚度控制性能的研究.pdfVIP

籼卷专辑 ¨肿．器群态慧孳删吼． …。年。一 人工肌肉驱动关节刚度控制性能研究 刘荣 宗光华 (北京航空航天大学机器人研究所，北京，100083) 摘要本文对人工肌肉驱动关节的刚度控制性能进行了较为深入的研览，推导并碍出了两种关节刚度控 ，一“ 制方法——调节AP法和调节P。法的刚度可控制范围，并分析了它们各自控制的特点．研究结果为编写关 节刚度的控制算法，进而为实现关节刚度艘制及并联机构的DCC控制打下了基础 关键词人工肌向；刚度控寄l 、 r ’ 单根人工肌肉的收缩力F可近似表示为： 1序言 式中，巩和D。分别为加压前的纤维编织角和人工肌 作者提出了用人工肌肉实现关节刚度控制的两 肉直径；P为充气气匿，e为肌肉收缩率， 种方法一一调节△P法和调节P。法，并对这两种方 ￡一竺≯ (2) 法在平面五杆并联臂上进行了实验验证．但在实验 Lm 中也发现，人工肌肉驱动关节的可控制刚度是有一 其中，厶和L为加压前、后人工肌肉的长度． 定范围的，而且其范围与关节结构和初始状态参数 人工肌肉驱动关节上作用的力矩为 有关．毫无疑问，找到这些参数与可控刚度范围的 7’一r(j’，～F2) (3) 关系对实时丽准确地实施关节刚度控制，进而实现 式中，r为链轮半径． 鼍 直接主动柔顺控制是非常必要的．本文正是对上述 将方程(1)代入上式，经推导并忽略rOlL。的高 问题进行了深入研究．首先概括了人工肌肉的驱动 次项后可得 · 特性及关节刚度的控制方法；然后分别推导出调节 11=^，Ap—k。P。8 (4) 厶P和调节P。法的剐度控制范围；最后为结论和有 式中，△，=(P。一P：)／2为压差，P。一(P．+ 关问题的讨论， P：)／2为平均气压；女．，岛均为关节常数． 从方程(4)可以看出，作用在关节上的力矩Y1 2人工肌肉驱动特性 为零时，关节位置口可由两个参数——△P和P0控 制．但由于n只能取正值，而AP正负值均可取得， 因此，在一般关节位置控制时，多采用平均气压n 气动人工肌肉箍一种收缩型橡胶驱动器，即其 固定不变，而只调节压差的方法．若采用比例控 内部充气后将产生轴向收缩力．人工肌肉驱动关节 ● 一般为图1所示的形式．两根相互抗衡的人工肌肉 制，压差△，’的反馈控制量可表示为：