基于气动人工肌肉的双足机器人关节设计.doc

基于气动人工肌肉的双足机器人关节设计摘要:实现了一种全集成可变带宽中频宽带低通滤波器,讨论分析了跨导放大器-电容(OTA—C)连续时间型滤波器的结构、设计和具体实现,使用外部可编程电路对所设计滤波器带宽进行控制,并利用ADS软件进行电路设计和仿真验证。仿真结果表明,该滤波器带宽的可调范围为1~26MHz,阻带抑制率大于35dB,,,,功耗小于21mW,频响曲线接近理想状态。关键词:Butte   介绍了一种由气动人工肌肉构建的双足机器人关节,该关节利用气动人工肌肉的柔性特性,可以有效控制双足机器人快速行走或跑步时的落地脚冲击问题。详细给出了气动人工肌肉的工作原理以及由其构成的关节系统的硬件架构。同时介绍了基于此硬件关节搭建的控制软件系统。双足机器人相比于一般的移动机器人在非结构化环境中具有更好的移动能力,因而受到研究者的广泛关注。控制机器人获得快速的行走速度以及实现跑动步态仍然是双足机器人领域中具有挑战性的问题之一。机器人快速行走或跑动时,摆动脚在落地的瞬间会产生一个较大的冲击力,此力使落地脚反弹或使零力矩点(zeromomentpoint)产生较大跳变,从而造成机器人稳定裕度降低和跌倒。这种现象被称为冲击效应,它是制约双足机器人提高步行速度和跑步的因素。气动人工肌肉是近年来发展起来的一种新型的驱动器,McKibben型气动肌肉是其中应用最为广泛的一种。它具有柔顺、功率/质量比大、在力,长度特性上与人类肌肉类似等优点。由于其具有柔顺性可控的优点,应用气动人工肌肉作为驱动器可以有效地解决双足机器人的落地脚冲击问题。因此,将气动人工肌肉作为双足机器人的驱动器具有良好的前景。但是,人工肌肉具有高度非线性的特点。并伴随有迟滞现象,使得对其建攘和控制困难。目前,基于气动人工肌肉的双足机器人的研究刚刚起步,只有少数几个双足机器人项目对此进行了研究。本文利用MeKibben气动人工肌肉搭建了类似生物颉颃关节的单自由度人工关节。此系统的硬件部分包括气压驱动子系统、传感器子系统和控制子系统。在此硬件系统上构建了软件系统,实现了对此人工关节轨迹的跟踪控制。基于本文的工作可以进一步研究和解决气动人工肌肉及关节的建模和控制问题,为设计和搭建基于气动人工肌肉驱动器的双足机器人打下基础。。McKibben气动人工肌肉的主体主要由外层编织网和内层弹性橡胶管组成。其结构如图1所示。 图l为肌肉结构图,其中,Pi为输入气压,其大小由控制器根据实际工作情况进行控制。当输入端气压只增大时,内层橡胶管膨胀,由于外层编织网刚度很大,几乎不能伸长,限制肌肉只能径向变形(直径变大,长度缩短),产生轴向收缩力;而当输入端气压Pi降低时,导致人工肌肉伸长(松驰),肌肉的刚度及驱动力也就随之降低。肌肉的刚度可通过控制橡胶管内的气压实现,这种肌自具有变刚度特性,可等效为一只变刚度的弹簧。,故需由两条肌肉以类似生物颉颃肌的方式构成对抗性回转关节以实现操作臂的力闭合。本文利用McKibben气动人工肌肉作为驱动器搭建了