本文關鍵詞：氣動人工肌肉驅動的三自由度轉動并聯(lián)機構研究

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【摘要】：氣動人工肌肉是由纖維包裹著的橡膠管和連接在兩端端蓋組成,當充入壓縮空氣后,氣動人工肌肉在軸向上收縮徑向上膨脹,與此同時產生收縮力。與電器和液壓驅動器相比,氣動人工肌肉驅動器響應迅速、功率/質量比高、功率/體積比高,并且具有類似于生物體肌肉的柔順性。正是由于這些優(yōu)勢,氣動人工肌肉驅動器應用廣泛,尤其在恢復治療和機器人運動控制領域,所以氣動人工肌肉驅動器的研究對于其應用具有重要推動作用。本課題以氣動人工肌肉及其驅動控制的并聯(lián)機構作為研究內容,主要工作如下:首先,研究了氣動人工肌肉工作原理,建立了基于功能原理的人工肌肉靜態(tài)模型和氣動人工肌肉BP神經網(wǎng)絡靜態(tài)模型,搭建了靜態(tài)實驗臺,并通過實驗結果比較了兩種模型的優(yōu)缺點。然后,根據(jù)三元素現(xiàn)象模型(收縮系數(shù)、彈性系數(shù)和阻尼系數(shù)),研究了FESTO公司DMSP系列的氣動人工肌肉動態(tài)特性,通過實驗表達了這三個參數(shù)與氣壓和負載關系,結果表明收縮力系數(shù)與氣壓為線性關系,彈性系數(shù)與負載在高壓區(qū)為線性關系,阻尼系數(shù)在高壓區(qū)基本不變。最后,根據(jù)要求設計了氣動人工肌肉驅動的三自由度轉動并聯(lián)機構,研究了該運動平臺運動學逆解,給出了運動平臺在轉動過程中力矩平衡條件,推導了該并聯(lián)機構速度和加速度關系,建立了基于凱恩法的動力學模型,搭建控制實驗臺,根據(jù)功能原理研究的靜態(tài)模型構建控制系統(tǒng),通過實驗結果比較了開環(huán)和閉環(huán)兩種控制效果。本課題研究了氣動人工肌肉靜態(tài)模型、動態(tài)模型和其驅動的并聯(lián)機構,本文對人工肌肉有了更深入的理解,提高了人工肌肉控制精度,加速了氣動人工肌肉驅動機構的應用。
【關鍵詞】：氣動人工肌肉 靜態(tài)模型 現(xiàn)象模型學 并聯(lián)機構
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TH138;TH112
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 注釋表11-13
• 縮略詞13-14
• 第一章 緒論14-23
• 1.1 氣動人工肌肉概述14-17
• 1.1.1 氣動人工肌肉特點14-15
• 1.1.2 氣動人工肌肉研究現(xiàn)狀15-17
• 1.2 氣動人工肌肉驅動機構概述17-20
• 1.2.1 氣動人工肌肉驅動機構的發(fā)展現(xiàn)狀17-20
• 1.2.2 氣動人工肌肉驅動控制策略研究20
• 1.3 當前存在的問題20-21
• 1.4 課題研究的目的和意義21
• 1.5 論文主要研究內容21-23
• 第二章 氣動人工肌肉靜態(tài)特性23-40
• 2.1 氣動人工肌肉工作原理23
• 2.2 基于功能原理的氣動人工肌肉靜態(tài)模型23-25
• 2.3 基于BP神經網(wǎng)絡的氣動人工肌肉靜態(tài)模型25-27
• 2.3.1 BP神經網(wǎng)絡介紹25-26
• 2.3.2 氣動人工肌肉BP神經網(wǎng)絡結構設計26-27
• 2.4 實驗過程與實驗結果27-35
• 2.4.1 靜態(tài)試驗臺搭建27-29
• 2.4.2 靜態(tài)實驗過程29-30
• 2.4.3 功能原理實驗預測結果30-34
• 2.4.4 BP神經網(wǎng)絡模型實驗預測結果34-35
• 2.5 氣動人工肌肉兩種模型驗證及比較35-39
• 2.5.1 功能原理模型驗證35-37
• 2.5.2 BP神經網(wǎng)絡模型驗證37-38
• 2.5.3 功能原理模型與BP神經網(wǎng)絡模型比較38-39
• 2.6 本章小結39-40
• 第三章 氣動人工肌肉動態(tài)特性40-48
• 3.1 氣動人工肌肉三元素現(xiàn)象模型介紹40-41
• 3.2 動態(tài)特性實驗臺的搭建41-42
• 3.3 實驗測量動態(tài)模型參數(shù)42-46
• 3.3.1 氣動人工肌肉靜態(tài)加載實驗42-43
• 3.3.2 氣動人工肌肉動態(tài)實驗43-46
• 3.4 動態(tài)特性模型驗證46-47
• 3.5 本章小結47-48
• 第四章 氣動人工肌肉驅動的三自由度轉動并聯(lián)機構研究48-71
• 4.1 三自由度轉動并聯(lián)機構結構設計49-51
• 4.2 三自由度轉動并聯(lián)平臺性能分析51-60
• 4.2.1 三自由度轉動并聯(lián)平臺運動學分析51-54
• 4.2.2 機構力矩分析54-55
• 4.2.3 機構速度分析55-56
• 4.2.4 機構加速度分析56-57
• 4.2.5 三自由度運動平臺動力學分析57-60
• 4.3 三自由度轉動并聯(lián)控制系統(tǒng)設計60-63
• 4.3.1 三自由度轉動并聯(lián)平臺控制系統(tǒng)的組成60-62
• 4.3.2 三自由度轉動并聯(lián)平臺控制方法介紹62-63
• 4.4 大運動平臺轉動試驗研究63-69
• 4.4.1 大運動平臺初始位置調整63-64
• 4.4.2 大運動平臺轉動開環(huán)試驗研究64-66
• 4.4.3 大運動平臺轉動閉環(huán)試驗研究66-69
• 4.5 操縱器轉動試驗研究69-70
• 4.5.1 操縱器轉動開環(huán)試驗研究69
• 4.5.2 操縱器轉動閉環(huán)試驗研究69-70
• 4.6 本章小結70-71
• 第五章 總結與展望71-73
• 5.1 全文總結71-72
• 5.2 研究展望72-73
• 參考文獻73-78
• 致謝78-79
• 攻讀碩士期間發(fā)表的學術論文79

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本文編號：1093086