气动人工肌肉

摘要： 针对带有迟滞非线性的气动运动模拟平台的轨迹跟踪提出了带有切换扩张状态观测器的自抗扰控制方法。气动运动模拟平台的迟滞非线性特性主要指气动人工肌肉在正向充气反向放气时长度和拉力曲线的差异。针对此特性设计了切换扩张状态观测器来估计和补偿模型非线性,分别对于气动人工肌肉正反向充放气的不同模型采用不同的观测器增益,以提高状态估计效果,减小跟踪误差。进一步,设计了状态误差反馈控制器,得到了基于切换扩张状态观测器的二阶非线性动态系统全局有界稳定的充分条件。最后实验结果证实了所设计的切换扩张状态观测器的实际效果。

摘要： 为改善长途运输车辆驾驶员乘坐舒适性,针对基于气动人工肌肉理论执行器的座椅悬架系统,提出了包含多重非线性因素的三自由度座椅悬架数学模型,重点分析并建立了人体-座椅坐垫非线性模型和气动人工肌肉非线性模型。面向多重非线性座椅悬架系统,设计利于改善振动特性的摩擦力前馈补偿自适应控制策略。仿真结果表明,与被动座椅悬架相比,采用摩擦力前馈补偿自适应控制策略的座椅悬架,驾驶员垂向加速度均方根值降低了78%,垂向位移降低了26%,驾驶员乘坐舒适性评价指标明显提高,且功率谱密度在人体重要器官危险频率范围内得到显著改善。可见,对于考虑多重非线性因素的座椅悬架系统,摩擦力前馈补偿自适应控制对驾驶员乘坐舒适性的改善具有可行性。

摘要： 针对以气动人工肌肉作为关节驱动器的外骨骼机器人关节位置跟踪控制问题进行了研究。首先,在动力学模型的基础上,设计了上层控制器,并结合自适应控制和滑模控制方法降低了动力学参数不准确和扰动项未知对外骨骼机器人的影响;其次,基于无模型方法设计了底层关节力矩控制器,调整外骨骼机器人的关节力矩;最后,针对上述控制方案设计仿真实验与外骨骼机器人的穿戴实验。结果表明,该控制方法对气动人工肌肉外骨骼机器人的关节位置跟踪控制是有效的。

摘要： 以辅助患者完成腕关节背伸/屈曲以及内收/外展康复训练为核心目的,设计并组装了弯曲气动肌肉驱动手腕康复装置,完成了柔性驱动器设计及建模、外骨骼康复手套设计、控制系统设计以及安全性设计。详细阐述了弯曲收缩气动人工肌肉构造、主要制作流程,测试其运动学特性以及输出力特性,并采用解析法对弯曲收缩气动人工肌肉进行运动学建模,为弯曲收缩气动人工肌肉的精准控制奠定基础。设计并实现手腕康复装置,进行模拟康复训练,结果表明:角度误差在10%以内,装置能够有效驱动手腕进行康复训练。

摘要： 设计了一种气动人工肌肉驱动的可变瞬心人工膝关节,建立了单根气动人工肌肉的数学模型,建立了人工膝关节的运动学模型,并根据运动学约束建立了人工膝关节的瞬心轨迹模型,应用matlab/simulink软件对关节系统进行了运动学仿真,得出了小腿在期望运动规律下人工膝关节各部件的运动规律以及人工膝关节瞬心的运动轨迹,仿真结果表明该人工膝关节瞬心运动轨迹符合人体膝关节真实瞬心运动曲线。

摘要： 针对传统康复机器人重量重、穿戴不便、运动柔顺性差等不足,基于轻量化、柔顺性、易穿戴和人体工学等设计原则,设计了一种柔性穿戴式上肢康复机器人.采用弹性布作为机器人基体,气动人工肌肉驱动的类拮抗式关节,实现了肘关节屈/伸及旋前/旋后运动.基于气动人工肌肉的力学特性模型,采用拉格朗日法建立了康复机器人的动力学模型.针对气动人工肌肉驱动的柔性系统易抖振、响应滞后的控制难点,设计了基于RBF神经网络的PID控制器;针对PID控制器初始参数依靠经验取值的问题,设计了模糊PID控制器以确定PID控制器的最优初始参数;最后通过仿真和实验研究对RBF-PID控制器的性能进行了验证,并与传统PID控制器进行了对比.结果 表明:RBF-PID控制器响应速度快,控制稳定性高,可实现该柔性康复机器人的稳定控制.

摘要： 本文提出了一种仿人机械手,运用Pro/E三维软件进行三维建模,并对模型进行了简单分解和运动分析.使用D-H参数坐标法对机械手进行了分析.另一方面,本文进行了气动回路的设计和气动元器件的选择来控制气动人工肌肉的运动,其作用相当于人手臂中的肌肉进行拉伸运动来控制手指运动.并且,本文选择合适的电气比例阀控制人工肌肉内部的气压来达到气动控制的要求.最后,通过MATLAB软件进行逆运动学计算和建模分析,使用调压阀,通过模拟电信号之间的转换进行控制,以实现肌肉机械手的运动.

摘要： 软机器人通常由柔软的材料制成,可以拉伸和扭转。这些材料可以制成人工肌肉,当空气被泵入肌肉时,肌肉就会收缩。这些肌肉的柔软性使其适合为辅助服装提供动力。然而,到目前为止,这些气动人工肌肉都是由传统的电磁(电机驱动)泵驱动的,这种泵体积大、噪音大、结构复杂且价格昂贵。打造轻巧灵活的泵为软体机器人更柔软创造了可能。近日,由布里斯托尔大学的科学家开发的5克电动气动泵就成功实现了这一目标,新开发的泵为信用卡大小和形状,不仅薄而易弯曲,同时价格低廉,易于制造。具体来说,实验装置采取扁平袋的形式,一侧附有空气管。密封在该袋内是一个气囊和少量介质液体。当电流施加到袋两侧(从而在液体两侧)的电极片上时,会发生一种被称为模电泳液体拉链的过程。

摘要： 下肢外骨骼作为一种助力设备,自问世以来一直备受关注。外骨骼的应用不仅有利于解决老龄化人口行动不便的问题,对健康人群而言,也能依靠外骨骼的助力作用减少劳动消耗,减轻劳动负担。设计了基于气动人工肌肉的柔性下肢外骨骼,提升外骨骼助力行为的自适应性与助力效率,减轻外骨骼整体质量,提高穿戴舒适性。实测行走试验分析表明,研制的柔性下肢外骨骼助力效果明确,相比于电机驱动、液压驱动方式,外骨骼的穿戴舒适性显著提升。

摘要： 针对气动人工肌肉驱动单关节机械臂存在强烈的非线性问题,提出了一种自抗扰控制策略,来改善单关节机械臂的控制效果.对于给出的不精确的系统模型,首先利用跟踪微分器安排输入信号的过渡过程,从而有效地解决了系统的快速性和超调之间的矛盾;其次利用扩张状态观测器观估计出系统状态以及系统的非线性和外部扰动,并对其进行补偿;最后设计了带扩张状态补偿的非线性误差反馈控制器来保证系统的闭环响应性能.实验结果表明,该控制方法在气动单关节机械臂关节关节角度控制方面具有良好的控制效果.

摘要： 气动人工肌肉是一种新型的气动执行器，具有重量轻、输出力/缸径比大等优点。该文中设计了一种四根气动人工肌肉并联驱动平台，并以高速开关阀控制气动人工肌肉以实现平台的运动。为实现运动平台高精度的位置控制，针对本系统设计了一种模糊PID控制器，较传统的PID控制器，这种模糊控制器能够对PID的参数进行在线自动调整，因而能够满足变工况下的控制精度要求。实验结果验证了模糊PID控制器对于运动平台高精度位置控制的有效性。

摘要： 高速开关阀控气动人工肌肉系统中存在极强的非线性（比如迟滞力，气体的动态流动），并伴随众多不确定性和干扰，难以有效控制。针对高速开关阀控气动人工肌肉单自由度质量弹簧系统，提出了带迟滞力补偿的气动人工肌肉数学模型；基于反馈线性化，设计出了相应的位置离散滑模控制策略。另外，经对高开关阀控气压方式进行线性化，简化了高速开关阀的PWM控制策略。实验结果表明，所提出的控制方案不仅取得了不低于离散抗饱和PID的控制效果，而且具有很大的改进和提升空间。

摘要： 本文研究气动人工肌肉驱动器的动态位置跟随测控技术，构建和设计了测控系统硬件及测控软件，并研发了基于BP神经网络PID算法的虚拟控制器。通过实验证明，采用该测控系统能够实现气动人工肌肉驱动器较高的位置定位和动态跟随测控精度。

摘要： 以McKibben型气动人工肌肉为研究对象，对编织型气动人工肌肉工作机理进行了研究，建立了考虑端部有径向约束的气动人工肌肉几何模型，并对所建模型进行数值分析。通过与理想圆柱模型的对比，所建模型从理论上能更精确描述气动人工肌肉的工作特性，这对更加精确的气动人工肌肉模型的建立有着非常重要的意义。

摘要： 提出应用气动人工肌肉的五指灵巧手设计方案,包括各手指的结构设计以及手指与手掌的连接设计,手指采用腱传动方式,灵巧手总共具有17个自由度.手指端有滑觉传感,手掌中有握紧力传感.灵巧手具有充分的自由度,结构紧凑、新颖,并具有力知觉能力,仿生性好.

摘要： 本文以一对气动人工肌肉驱动的直线关节为研究对象,视其为变刚度的气动弹簧,对其驱动特性进行理论研究和实验仿真分析,为气动人工肌肉驱动的直线关节的应用打下基础.

摘要： 气动人工肌肉(Pneumatic Muscle Actuator以下简称PMA)作为一种新型的驱动器,具有许多其他驱动器所不具备的优点,其结构简单,动作灵活,输出力/自重比大,具有独特的仿生性和柔顺性.北京理工大学SMC技术中心自1999年开始致力于气动人工肌肉方面的控制研究和机器人方向的应用研究,主要有以下三方面:(1)PMA的特性研究,主要包括气动人工肌肉的运动机理、静态特性、驱动关节特性研究等;(2)PMA的控制研究,针对PMA的非线性和迟滞性,采用智能控制算法对PMA进行位置控制、力控制、柔顺性控制等,提高PMA的控制精度和控制效果;(3)PMA的应用研究,开发了可用于机器人腕、颈等关节的模型平台,PMA驱动的仿人机械手臂,以及正在研制中的微型PMA和多指灵巧手等.

摘要： 提出在气动人工肌肉驱动的关节系统中存在一个最优关节半径,使得对同一系统输出转矩达到最大.通过分析气动人工肌肉静态特性模型,推导出关节静特性模型.改变气动人工肌肉的结构参数或状态参数进行仿真,得到关节半径变化与关节输出转矩之间的关系,并计算出最优关节半径.关节转角越大,最优关节半径越小;肌肉越长,最优关节半径越大,肌肉的直径对最优关节半径影响不明显.该分析方法与结果对气动肌肉驱动的灵巧手的结构设计起到有效的指导作用.

摘要： 设计了一种由气动人工肌肉作为驱动器的外骨架式力反馈数据手套,介绍了数据手套的结构和工作原理.建立单关节试验台,采用变参数PI控制方法,对关节的力闭环控制进行了试验.

摘要： 本申请公开了一种气动人工肌肉静态特性测试装置，属于气动人工肌肉测试技术领域，包括箱体、固定支撑板、第一转动结构、第二转动结构、控制结构、第一旋转编码器、第二旋转编码器、第一拉力传感器、第二拉力传感器以及用于给气动人工肌肉充气的气动模块，第一旋转编码器安装于固定支撑板和第一转动结构之间，第二旋转编码器安装于第二转动结构与第一转动结构之间。本发明公开的气动人工肌肉静态特性测试装置能够对气动人工肌肉在不同弯曲处的弯曲特性进行测试，结构简单，操作方便，只需对气动人工肌肉安装一次，即可完成对气动人工肌肉在不同弯曲处的弯曲性能测试，使其测量的数据更加准确，在气动人工肌肉被使用时，且测量数据更具可参考性。

摘要： 本发明涉及软体机器人的线性驱动技术领域，具体涉及基于编织管的双向线性快响应螺旋卷绕式气动人工肌肉。本发明利用螺旋状编织管的力学性能随内部膨胀而改变的特性来实现力与位移的输出。由于施加负载方向会影响编织管膨胀的方向，因此当负载方向不同时，输出力与位移的方向也不同，从而实现双向驱动。相比于其他气动人工肌肉，本发明中的气动人工肌肉气腔容积更小，充放气速度更快，该气动人工肌肉在保持以往气动人工肌肉高质量比与功率比的同时，降低了驱动气压，提升了收缩率，并具有快响应速度。

摘要： 本申请公开了一种气动人工肌肉静态特性综合测试系统，属于气动人工肌肉测试技术领域，包括箱体、固定支撑板、转动结构、滑动结构、控制结构、旋转编码器、第一拉力传感器、第二拉力传感器以及用于给气动人工肌肉充气的气动模块，固定支撑板安装于箱体，旋转编码器安装于固定支撑板与转动结构之间，滑动结构能够相对于箱体移动，控制结构与箱体滑动连接，控制结构择一与转动结构和滑动结构中的一者连接。本实施例公开的气动人工肌肉静态特性综合测试系统既能对气动人工肌肉进行拉伸特性测试，又能对气动人工肌肉进行弯曲特性测试，结构简单，操作方便，只需对气动人工肌肉安装一次，即可完成对气动人工肌肉的拉伸性能和弯曲性能测试。

摘要： 本发明属于机械臂领域，具体地说是一种基于模块化折纸型气动人工肌肉的软连续型机器人，包括基座及多层结构相同、串联连接的关节，基座与首层的关节连接；关节包括连接板及可更换充气模块，每层的可更换充气模块为多个，沿周向均布，每层的各可更换充气模块的两端均连接有连接板，相邻两层的关节之间通过连接板相连；可更换充气模块包括气囊及折纸结构，折纸结构与气囊相连，对气囊的变形过程进行约束，每个可更换充气模块的折纸结构均与同层的两个连接板连接。本发明使用折纸结构对气囊进行变形约束，避免了离散性；本发明采用可更换充气模块实现了对气动驱动器的灵活配置，方便安装拆卸，较传统气动软体机械臂而言，制作简单，更具灵活性。

摘要： 本发明公开了气动人工肌肉纤维和仿生机械臂，其中仿生机械臂，包括人工肌肉驱动组、上臂、前臂和肘关节包覆装置。上臂与前臂可转动连接，上臂与前臂的转动连接处形成肘关节。肘关节包覆装置包覆肘关节。人工肌肉驱动组的一端固定在上臂上，另一端固定在前臂上。前臂在人工肌肉驱动组的驱动下绕着肘关节转动或扭动。人工肌肉驱动组包括若干个气动人工肌肉束。本发明的仿生机械臂使用气动人工肌肉束进行驱动，具有变刚度的功能。在与其它物体发生碰撞时，由于气动人工肌肉束的柔性特点，碰撞时会卸除一部分碰撞力，提高了人机交互的安全性。组成气动人工肌肉束的气动人工肌肉纤维由柔性材料和尼龙制造而成，减轻了仿生机械臂的重量。

摘要： 本公开提供一种平面模块化气动人工肌肉，包含多个单作用气动人工肌肉模块，每个单作用气动人工肌肉模块，包括：内气缸组，包含多个薄膜气缸，薄膜气缸，包括：框架，在对应的端面设置有内凹结构；薄膜，对应内凹结构设置，其与内凹结构的表面间隔预定距离形成薄型气腔；气缸杆，设置于薄膜上，气缸杆有中空气路通道，与薄型气腔相通；拉动带，与气缸杆相连平行布置于内气缸组两侧，拉动带内包括与气缸杆的气路通道相连通的内置气路；限位带，设置于相邻的薄膜气缸之间，两端分别连接内气缸组两侧的拉动带，用于限制与限位带连接处的拉动带产生相对位移；以及充气部，与拉动带相连，用于连接外置气源后为单作用气动人工肌肉模块充气。

摘要： 本发明公开一种气动人工肌肉驱动的气动马达，包括转子、底座、支撑架、滚动轴承、气动人工肌肉、套环和细绳。当气动人工肌肉收缩时，拉动细绳，细绳牵连套环，拉动转子转动，接着气动人工肌肉复原，同时下一根气动人工肌肉激活，继续拉动转子转动，这样依次激活气动人工肌肉，使转子完成连续的转动。通过调节气源给定气压以及激活气动人工肌肉频率可调节转子转速，调节气动人工肌肉激活顺序可控制转子旋转方向，根据循环周期可确定转子旋转位移。本发明用于气动管道机器人的气动旋转执行器，可以在保证驱动旋转性能的情况下使得管道机器人的尺寸降低，从而实现对各种小型管道的探测活动。

摘要： 本发明涉及软体机器人的线性驱动技术领域，具体涉及基于编织管的双向线性快响应螺旋卷绕式气动人工肌肉。本发明利用螺旋状编织管的力学性能随内部膨胀而改变的特性来实现力与位移的输出。由于施加负载方向会影响编织管膨胀的方向，因此当负载方向不同时，输出力与位移的方向也不同，从而实现双向驱动。相比于其他气动人工肌肉，本发明中的气动人工肌肉气腔容积更小，充放气速度更快，该气动人工肌肉在保持以往气动人工肌肉高质量比与功率比的同时，降低了驱动气压，提升了收缩率，并具有快响应速度。

摘要： 本发明涉及气动人工肌肉技术领域，尤其涉及基于时延补偿器的气动人工肌肉并联机构角度跟踪控制，即建立带有时变输入时延二自由度气动人工肌肉并联机构的系统模型；设计跟踪微分器得到期望角度的角速度；设计非线性扩张状态观测器，观测二自由度气动人工肌肉并联机构的角速度并估计外界干扰和内部不确定性；设计时延补偿器，补偿控制电压以减少时变输入时延的影响；设计线性误差反馈控制器形成闭环反馈控制。本发明中的控制方法简单，不需要系统的准确模型参数，通过实验证实了时延补偿器在实际当中可以有效地减少时变输入时延的影响，提高角度跟踪速度。

摘要： 本发明属于机械臂领域，具体地说是一种基于模块化折纸型气动人工肌肉的软连续型机器人，包括基座及多层结构相同、串联连接的关节，基座与首层的关节连接；关节包括连接板及可更换充气模块，每层的可更换充气模块为多个，沿周向均布，每层的各可更换充气模块的两端均连接有连接板，相邻两层的关节之间通过连接板相连；可更换充气模块包括气囊及折纸结构，折纸结构与气囊相连，对气囊的变形过程进行约束，每个可更换充气模块的折纸结构均与同层的两个连接板连接。本发明使用折纸结构对气囊进行变形约束，避免了离散性；本发明采用可更换充气模块实现了对气动驱动器的灵活配置，方便安装拆卸，较传统气动软体机械臂而言，制作简单，更具灵活性。