基于气动人工肌肉机械手的研制（可复制）.pdf

摘要目前机械手上较为普遍使用汽缸,虽然可以实现对操作位置和作用力的有效控制,但是汽缸响应速度慢,柔顺性差,不适合应用在遥控操作,医疗和福利领域。用柔性执行器气动人工肌肉为新型执行器构建机械手系统,特别是多自由度的平台,是气动方向一项新的研究方向。本文针对这种趋势,结合当前研究现状,采用气动人工肌肉设计了一个柔性的机械手。本文的主要研究内容和创新点如下:ü云斯ぜ∪饣凳值慕峁购驮硕硌芯浚岢隽巳嵝曰凳值纳杓方案,设计加工了机械手的机械结构本体,同时对气动人工肌肉机械手控制电路系统和气路通路系统进行了设计。匀绾慰刂破斯ぜ∪饣凳纸辛朔治觯⒆孕型ü齰喑倘件设计控制软件,能够正确、稳定地完成机械手的过程控制、数据处理,数据显示、分析和结果输出等功能;能够实现机械手的转动伸缩功能。A松钊氲匮芯科斯ぜ∪獾那匦裕疚亩訫斯ぜ∪獾那动特性进行了研究,建立了气动人工肌肉力⒀骨縋和收缩率咧涞关系表达式。接着在对机械手工作情况的深入研究基础上,建立了涂诘募化模型。将气动人工肌肉工作情况分成四个阶段,并进行动力学分析。诙曰凳智匦越欣砺垩芯康幕∩希U沽耸笛檠芯浚ü丫的柔性气动人工肌肉机械手实验台,运用计算机进行测量和控制工作,得出了开环控制的机械手的气动人工肌肉压强差和机械手手腕角度口之问的关系,同时对比例压力阀的电压压力特性进行了实验分析。最后本文对气动人工肌肉机械手的进一步研究内容进行了分析和展望。关键词:气动人工肌肉机械手浙江理笱妒宦畚
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浙江理工大学硕士学位论文,瑃篜瑆;趆
第一章绪论术经历了可编程序机器人、自适应机器人的发展阶段,正向着智能机器人方向发展。然而,目前的机器人仍然采用传统电气驱动的马达或气缸作为执行元件,它们结构复杂、体积庞大,由此组成的机器人己暴露出许多明显的缺点,如输出力与自重比过小、效率低、难以完成灵巧动作和高速步态等,可以说目前采用的执行元件己经限制了智能机器人的发展和新颖、有效的驱动器的研究、开发及应用,是机器人技术研究的重要方向,一直受到人们的关注。近年来,随着新材料、微细加工等技术的引入,出现了各种形式的新型驱动器,如静电型、压电晶体型、形状记忆合金型和气动型等,各种驱动器具有不同的驱动原理和各自的驱动特点,可用于各种各样的场合。其中,一类基于生物肌肉运动原理而设计开发出来的驱动器—气动人工肌肉,近年来得到了广泛的研究与应用,同时也出现了各种不同的名称,如“编织带人工肌肉”“人工筋”等,本文采用“气动人工肌肉驱动器”玫奖冉瞎惴旱耐广和应用。。捎谡种气动肌肉都是以肌肉为原型进行设计的,被统称为气动肌肉。气动人工肌肉作为一种新型的拉伸执行元件,它模仿自然肌腱的运动。与常规气缸时又可以平稳地达到目标位置。气动肌腱的结构十分简单:一段加强的纤维管两端由连接利用⒎⒌钠凳志哂薪峁辜虻ァ⒔舸眨鄹竦土沧凹虮悖沽Φ燃速运动,重量轻,输出力大,柔顺性好,安全性能高等优点。并且用空气作为驱动源,不气动人工肌肉概述自世纪年代第一台实用的工业机器人诞生以来,在短短的年间,机器人技扩大应用Ⅲ。笆旨∪狻翱掌辜∪狻ⅰ跋鸾呵鳌某坪簟简称为但到目前为止,兄挥腥毡綛公司生产的,德国公司生产的⒐鶶旧腶相比,它有很大的初始拉伸力,当收缩运动时力减小,这使得它可以获得很大的加速度同器固定。没有运动的机械零件和外部摩擦”低,排气处理简单,输出力及工作速度的调节非常容易,响应快,可靠性高,可实现极慢浙江理丁人学硕宦畚
编织套气密弹性篱入式人工肌肉㈤。.斯ぜ∪獾睦肌肉”T缙诘纳杓普呤紫榷砸貉骨绞阶髁酥苊芟昃〉目悸牵怯捎谌斯ぜ∪獾闹要特性是它的膨胀和变形,在轴向能够收缩产生拉力,同时它还应具有柔顺性,因此,人高,在此压力范围内若采用液压驱动,执行元件的功率/重量比值太低,实际上液压驱动质。由于早期它总是带着一个又大又重的⑵藓推际跎系囊恍┰颍代后它被电机所取代。年代,∪獾姆掷按结构形式可以将气动人工肌肉分为三类:编织式人工肌肉、网孑饺斯ぜ∪夂颓编织式人工肌肉主要由气密弹性管和套在它外面的编织套组成,如图所示。污染环境““”Ⅲ气动人工肌肉世纪年代,俄国发明家瓽紫忍岢銎斯ぜ∪獾母拍睿搅代,⒚髁艘恢忠云涿置钠斯ぜ∪猓碝工肌肉的材料和工作压力受到了一定的限制,最大工作压力范围为荒芴的方式是不理想的,所以人们以后设计流体驱动的人工肌肉时多采用压缩空气作为工作介装置和斯ぜ∪饪J贾匦碌玫绞澜缟献ḿ已д吆统Ъ的注意,并陆续被应用到很多领域,得到了广泛的应用⋯◆编织式人工肌肉编织纤维沿与肌肉轴线成一定角度鸵籩嘀宋渴锹菪圃谄弹性管上,纤维丝与肌肉轴线所央的锐角称为编织角。当气密弹性管内加压时,气密弹性浙江理【大学硕十学位论文图编织式人工肌肉
拉动两端的负载,与此同时