仿生關(guān)節(jié)是四足仿生機(jī)器人實(shí)現(xiàn)靈活跳躍、奔跑等高速?gòu)?fù)雜運(yùn)動(dòng)的基本要素。針對(duì)現(xiàn)有氣動(dòng)肌腱驅(qū)動(dòng)的仿生關(guān)節(jié)難以實(shí)現(xiàn)設(shè)定剛度下的高精度位置控制問(wèn)題,提出一種基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償控制的拮抗式仿生關(guān)節(jié)位置/剛度控制新方法。建立關(guān)節(jié)位置/剛度解算模型,根據(jù)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)力矩及設(shè)定剛度計(jì)算氣動(dòng)肌腱的理論充氣壓力;建立關(guān)節(jié)輸出剛度計(jì)算模型,根據(jù)關(guān)節(jié)輸出位置及氣動(dòng)肌腱的實(shí)際充氣壓力計(jì)算仿生關(guān)節(jié)的實(shí)際輸出剛度;采用由模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償控制器、PID控制器和模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識(shí)器構(gòu)成的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償控制結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)仿生關(guān)節(jié)的高精度位置控制。以FESTO公司MAS型氣動(dòng)肌腱驅(qū)動(dòng)的拮抗式仿生關(guān)節(jié)為控制對(duì)象,進(jìn)行關(guān)節(jié)位置/剛度控制的試驗(yàn)研究,對(duì)比PID控制和模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償控制的位置控制精度,探究仿生關(guān)節(jié)剛度的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。試驗(yàn)結(jié)果表明:模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償控制方法的位置控制精度顯著優(yōu)于PID控制方法,位置控制精度由3°提高到0.6°;同時(shí)兩種控制方法均能較好地跟隨關(guān)節(jié)設(shè)定剛度,剛度跟蹤精度均在1 N?m/rad內(nèi)。

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【部分圖文】：

圖1氣動(dòng)肌腱驅(qū)動(dòng)的四足仿生機(jī)器人

圖2仿生關(guān)節(jié)實(shí)物照片及簡(jiǎn)化模型圖

關(guān)節(jié)為控制對(duì)象，提出了一種基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償控制的關(guān)節(jié)位置/剛度控制方法，進(jìn)行了試驗(yàn)研究，實(shí)現(xiàn)了關(guān)節(jié)設(shè)定剛度下的高精度位置控制。1仿生關(guān)節(jié)位置/剛度控制原理1.1氣動(dòng)肌腱驅(qū)動(dòng)的四足仿生機(jī)器人及仿生關(guān)節(jié)本文基于越障步態(tài)原理設(shè)計(jì)的氣動(dòng)肌腱驅(qū)動(dòng)的四足仿生機(jī)器人如圖1所示，它包括后機(jī)體....

圖3關(guān)節(jié)位置/剛度控制系統(tǒng)的工作原理圖

66機(jī)械工程學(xué)報(bào)第53卷第13期期1.2仿生關(guān)節(jié)位置/剛度控制系統(tǒng)原理圖2a所示的氣動(dòng)肌腱驅(qū)動(dòng)的拮抗式仿生膝關(guān)節(jié)，下文簡(jiǎn)稱關(guān)節(jié)，其位置/剛度控制系統(tǒng)的工作原理如圖3所示，文中關(guān)節(jié)位置和關(guān)節(jié)剛度指圖2b中關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)中心O的轉(zhuǎn)角和剛度�？刂葡到y(tǒng)有期望關(guān)節(jié)位置d和關(guān)節(jié)設(shè)定剛度dK兩個(gè)輸入....

圖4關(guān)節(jié)位置、剛度與充氣壓力的關(guān)系圖

，從而實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)設(shè)定剛度下關(guān)節(jié)位置的閉環(huán)控制。另一方面，控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集氣動(dòng)肌腱5、5'的實(shí)際充氣壓力12p'、p'和關(guān)節(jié)當(dāng)前輸出位置，通過(guò)關(guān)節(jié)輸出剛度計(jì)算模型II計(jì)算關(guān)節(jié)當(dāng)前輸出剛度K，可確定關(guān)節(jié)剛度的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。圖3關(guān)節(jié)位置/剛度控制系統(tǒng)的工作原理圖1.氣源2.過(guò)濾調(diào)壓組件3.電....

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