气动肌肉

摘要： 气动人工肌肉是一种新型的柔顺性驱动器,但由于采用硅胶等非线性材料而存在明显的迟滞现象,并且其滞环参数随着负载的不同而变化。本文基于广义Prandtl-Ishlinskii迟滞模型,引入气动肌肉的负载参数,建立了计及动态负载的迟滞模型Load-dependent generalized Prandtl-Ishlinskii(LGPI)。在0~100N的负载范围内进行实验,验证了该模型能较好地描述气动肌肉在动态负载作用下的不对称迟滞特性,其滞环回路位置误差最大不超过1mm。将LGPI模型的逆作为PID控制的前馈环节,以控制气动肌肉驱动的机械单指灵巧手手指,在不同负载下进行角度跟踪实验。与无前馈的PID控制实验结果对比分析表明,增加基于LGPI模型的前馈环节能提高控制系统的响应速度和控制精度。

摘要： 针对人体手臂负载弯举过程中易产生肩袖损伤的问题,设计了一种气动肌肉上肢外骨骼机器人。其本体结构由一个肘关节外骨骼机器人和气动式外展肩枕构成,并通过双层护肩结构固定于穿戴者上肢。该设计结合了刚性外骨骼机器人结构的力传递优势和柔性仿生式织物结构的柔顺性优势,在负载弯举过程中对穿戴者的肘关节和肩关节提供必要的助力,同时提高了肩关节处的人机相容性。对比实验结果表明,实验者手持负载并穿戴气动式上肢外骨骼机器人后可以在心率无显著性增加的状态下完成弯举动作,并且在气动式外展肩枕的作用下肩部外展轨迹更近似于自然弯举状态下的轨迹。与无穿戴状态下对比,肱二头肌肌电信号的平均绝对值和均方根分别降为69.92%~70.97%和66.46%~78.85%,冈上肌肌电信号的平均绝对值和均方根分别降为80.67%~81.51%和78.02%~89.22%。

摘要： 随着体育强国战略的兴起和后疫情时代全民运动浪潮的复苏,脚踝受伤问题也日益突出。脚踝康复产品设计合理与否关系到患者的康复成效与周期。文章以脚踝康复为研究对象,结合目前国际上较为先进的气动肌肉技术,升级改造现有的脚踝康复器,通过对造型、结构、材质等多方面的创新设计,打造一款全新概念的医护产品,以期为新产品的开发提供一个全新的解决方案。

摘要： 根据人腿髋关节、膝关节骨骼结构及拮抗肌肉运动发力特点,设计一种拮抗气动肌肉驱动的仿生单腿机器人;由三元素模型求单根肌肉及关节摆动下被动刚度特性,分析关节角度/刚度关系;为实现仿生腿膝关节刚度可控的角度控制,建立仿生关节关于角度/刚度的基本气压解算模型;基于计算力矩控制对非线性对象具有高度补偿线性化性,提出含力矩项补偿的改进气压解算模型。搭建仿真及样机实验平台,结果表明,含两种气压解算模型的双闭环控制算法均能较好跟随膝关节角度/刚度,含带力矩项补偿模型的双闭环控制算法对膝关节的角度/刚度控制精度优于含基本模型的双闭环控制算法。该算法适用拮抗气动肌肉关节的类人运动,可满足人机协作时可靠性、柔顺性、仿生性等要求。

摘要： 设计一种用于老年人日常生活腰部助力的外骨骼机器人,该可穿戴式腰部助力机器人利用气动肌肉实现轻量化,穿戴舒适同时柔性助力.本着服务老年人的目的,这套机构采用了柔性外骨骼的设计结构,可以给使用者动作进行时提供腰部所需助力,借助气动肌肉进行身体和腰部需要的地方助力.进行了外骨骼的柔顺控制研究和柔性可穿戴式机构设计,实现老年人的躺到坐、坐到直立等运动.该机构主要是提供助力,从而达到预期的结果,可以缓解日益严重的老龄化带来的日常生活问题.

摘要： 近20年来,各种烈性传染病先后肆虐全球,给世界人民的生命安全带来了极大的危害,也对各国经济的发展带来了极大的打击.医护机器人在抗疫工作中发挥了十分重要的作用.对各国的传染病房医护机器人研究和应用现状进行综述,并在此基础上给出下一代传染病房医护机器人有待解决的研究难点和关键技术,特别强调气动肌肉驱动机器人的类人运动控制、遥操作机器人符合操作者直觉的运动映射算法、从端机器人的类人触觉感知和力控制,以及机器人对一些特定护理技能的模仿学习等研究对于传染病房遥操作护理机器人系统的重要意义.

摘要： 搭建了气动肌肉收缩力测试实验台,通过分析不同压力、行程、收缩速率及频率下气动肌肉收缩力与位移的关系曲线,得出气动肌肉的力-位移迟滞现象具有非对称性、非局部记忆性、大压力弱相关性和准率不相关性.针对常见Prandtl-Ishlinskii (PI)类模型难以准确描述气动肌肉力-位移迟滞曲线的问题,对通用PI迟滞模型的dead-zone算子进行方向上的修正,建立气动肌肉修正PI+ Dead-zone迟滞模型,利用最小二乘法进行参数辨识,并与经典PI模型、经典Bouc-Wen(BW)模型、PI+ Polynomial模型、Wang-Wen模型、BW+ Polynomial模型进行精度对比分析.结果 表明,PI类模型性能显著优于BW类模型,且修正PI+ Dead-zone模型精度最高,各行程下绝对平均误差不超过1N、均方差不超过1.5N,能无差别处理气动肌肉力-位移迟滞曲线非对称性问题.小行程工况下,气动肌肉经典PI模型也具有一定的描述其力-位移迟滞现象的能力,且其模型参数相对较少.

摘要： 提出了一种基于多分支BP神经网络建立气动肌肉位移/气压迟滞模型的新方法.首先,搭建气动肌肉位移/气压迟滞特性测试系统,得到气动肌肉位移/气压迟滞曲线;然后分别采用传统BP神经网络、多分支BP神经网络和Prandtl-Ishlinskii模型对气动肌肉的位移/气压迟滞开展建模研究;最后通过比较分析发现,采用多分支BP神经网络方法能有效避免传统BP神经网络训练过程中的过拟合现象,且建模精度明显优于传统的Prandtl-Ishlinskii模型;多分支BP神经网络的平均误差、均方差与最大误差相较于Prandtl-Ishlinskii模型减小了 87.45％,86.68％与74.73％.

摘要： 设计了一种简单、经济的单根肌肉关节驱动上肢外骨骼助力机器人.为解决单根肌肉关节轨迹跟踪控制精度差、抗干扰能力差及颤振严重等问题,基于反步法设计单根肌肉关节伺服系统的自适应鲁棒控制器.该控制器呈两层级联结构,每层均包含一个鲁棒反馈、参数自适应及快速动态补偿项,基于递归最小二乘法和梯度法分别设计参数自适应及快速动态补偿项.通过Lyapunov函数证明所设计控制器的稳定性,并结合实验分析参数自适应及快速动态补偿项的作用.实验结果表明,设计的控制器具有良好的暂态及稳态性能,跟踪不同行程的轨迹时,系统运行平稳,颤振很小,特别是跟踪幅值为15 mm正弦信号时,其暂态最大绝对跟踪误差为0.94 mm,稳态跟踪误差均方差为0.21 mm,几乎没有颤振现象.干扰测试实验进一步证明所设计的自适应鲁棒控制器继承了传统鲁棒控制器的抗干扰能力.

摘要： 受到生物骨骼肌的启发，本文中提出了一种基于气动肌肉的主动变形蒙皮结构，把小型气动肌肉(称为气动肌纤维)嵌入到柔性基体中来设计和制造主动变形蒙皮结构，以实现蒙皮驱动/变形一体化设计。首先，完成气动肌纤维的设计、制造和输出特性测试。实验结果表明：当充气压力为0．4MPa时，外径为4mm气动肌纤维的最大输出力为27N，最大收缩率达到了26．8％。其次，建立了主动变形蒙皮的力学分析模型，结果表明：主动变形蒙皮的输出特性是和其收缩率、气动肌纤维的数量、单根气动肌纤维的收缩力以及柔性基体的材料参数和体积分数有关；柔性基体的存在降低了蒙皮的最大收缩率和非零收缩率下蒙皮的收缩力。最后，制作出主动变形蒙皮的样件，并完成了输出特性实验，当充气压力为0．4MPa时，主动变形蒙皮的最大收缩率为17．8％。

摘要： 总结了目前国内外气动肌肉并联关节的研究现状，阐述了基于高速开关阀控制的对称型气动肌肉并联关节的系统设计，分析了对称型气动肌肉并联关节的控制难点，给出了实现对称型气动肌肉并联关节高精度位姿轨迹跟踪目前已解决的若干关键问题以及所达到的控制精度，并探析了进一步的研究思路。

摘要： 现有的气动机器人由于无法实现摆动关节的自由定位,所以不能进行灵巧、柔顺的抓取操作,从而限制了它在工业领域的广泛的应用.本文设计了一个基于气动肌肉的机器人手臂,其肘关节和指关节的运动分别由两根直径为20mm的气动肌肉和四根直径为6mm的气动肌肉控制,并给出了指关节和肘关节的静态模型,分析表明基于气动肌肉的机器人手臂可以象人类手臂一样进行灵巧,柔顺的抓取操作.

摘要： 针对传统机器人控制方法未考虑运动过程安全性能的问题,采用了一种基于代理的滑模控制方法对气动肌肉驱动的穿戴式2自由度腕关节康复机器人进行位置控制.该方法结合滑模控制与PID控制的优点,既保证了位置控制的跟踪精度,又确保了运动过程的安全性.对康复机器人的轨迹跟踪实验表明:该方法可以取得很好的跟踪效果,并且对扰动的屈从性和系统的安全性有明显的提高.

摘要： 为了加速患有运动功能障碍的患者上肢伸展功能的康复,研制出基于模糊PI控制的穿戴式上肢康复机器人.该上肢机器人借助结合眼动跟踪仪的虚拟现实平台通过气动肌肉驱动实现上肢的康复训练,采用模糊PI控制器对机器人实施位置控制.实验通过受试者穿戴该上肢机器人完成各关节的轨迹跟踪来检测模糊PI控制的效果.实验结果证明:模糊PI控制响应速度较快,轨迹跟踪误差较小,实用性较好.

摘要： 本文针对气动人工肌肉的强非线性以及难以对其建立精确的数学模型的特点，提出了一种基于回声状态网络的内模控制策略，使用两个回声状态网络分别逼近该系统的正模型和逆模型来构建内模控制结构并使用RLS算法对其进行训练。在Matlab/simulink环境下对该方法进行仿真验证，证明了该控制策略可以给出较好的跟踪效果，且有很强的抗干扰性。

摘要： 目前在机械手上较为普遍使用的气动手爪,由于不能对抓取位置和抓取力进行有效地控制,从而不能进行柔顺、灵活多样地抓取操作.气动肌肉作为一种类似生物肌肉的柔性驱动器给手指提供了一个新的生物运动机制,文中详细讨论了基于这种运动机制的仿人两指手爪的结构和工作原理,建立了气动肌肉的力/长度特性模型,分析了气动肌肉的输入压力是决定手指抓取力与手指张角大小的唯一因素,从而为手指的柔顺控制提供了理论依据.实验证实了该手指可有效地抓取多种易碎、柔软的物体.

摘要： 本文以手功能康复机器人为研究对象，对被控对象建立数学模型，推导鲁棒控制器，基于simMechanics建立仿真模型，实现手功能康复机器人的鲁棒控制系统。考虑到手功能康复机器人是帮助偏瘫患者进行康复训练并最大限度地诱发患肢的主动作用，控制器中加入偏瘫患者的主动作用函数。控制系统在MATLAB/Simulink的环境下仿真，结果表明所设计的鲁棒控制器能适应不同程度的偏瘫患者，具有很好的动态特性和很强的鲁棒性能。

摘要： 本文以手功能康复机器人为研究对象，对被控对象建立数学模型，推导鲁棒控制器，基于simMechanics建立仿真模型，实现手功能康复机器人的鲁棒控制系统。考虑到手功能康复机器人是帮助偏瘫患者进行康复训练并最大限度地诱发患肢的主动作用，控制器中加入偏瘫患者的主动作用函数。控制系统在MATLAB/Simulink的环境下仿真，结果表明所设计的鲁棒控制器能适应不同程度的偏瘫患者，具有很好的动态特性和很强的鲁棒性能。

摘要： 本文以手功能康复机器人为研究对象，对被控对象建立数学模型，推导鲁棒控制器，基于simMechanics建立仿真模型，实现手功能康复机器人的鲁棒控制系统。考虑到手功能康复机器人是帮助偏瘫患者进行康复训练并最大限度地诱发患肢的主动作用，控制器中加入偏瘫患者的主动作用函数。控制系统在MATLAB/Simulink的环境下仿真，结果表明所设计的鲁棒控制器能适应不同程度的偏瘫患者，具有很好的动态特性和很强的鲁棒性能。

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： 本申请公开了一种基于新型气动肌肉的气动软体触手机器人，包括依次连接的第一驱动部、第二驱动部和第三驱动部，第一驱动部、第二驱动部和第三驱动部的驱动方式均为流体驱动，且可相互独立工作；第一驱动部包括第一柔性组件，第二驱动部包括第二柔性组件，第三驱动部包括第三柔性组件，第一柔性组件、第二柔性组件和第三柔性组件均在流体驱动下通过弯曲或伸展，抓取或移动目标物，柔性组件包括波纹网伸长型气动肌肉，其伸长量来源于轴向层叠的波纹，波纹使其伸长量与角度无关，突破了双螺旋编织网和囊颗粒型气动肌肉的设计局限。通过流体驱动，控制每个驱动部的每组气动肌肉之间独立工作，使得机器人能够进行空间3维弯曲、伸展运动。

摘要： 一种提供气动肌肉工作的独立供气气动系统，它涉及一种气动系统。本发明为了解决现有的气动系统需要大体积气缸储存高压气体，并且通过压力比例阀调压设备对气动肌肉充气和排气，存在无法通过减小气动系统体积和质量来将气动系统集成到移动机器人中的问题。本发明的高压舱和低压舱相对设置且高压舱和低压舱之间通过气泵连通，电池接在气泵上并为气泵供电，高压舱连接空气过滤阀并通过一个开关气动系统为一个气动执行单元提供气源，低压舱通过另一个开关气动系统为该气动执行单元提供排气空间，高压舱压力传感器用于测量高压舱的舱内压力，低压舱压力传感器用于测量低压舱的舱内压力。本发明尤其适用于仿青蛙游动机器人。

摘要： 本发明涉及柔性执行设备，具体公开了一种基于气动肌肉的气动模块，包括气动肌肉(1)和气体发生器(2)，所述气体发生器(2)的主体部分内置于所述气动肌肉(1)的开口端以封闭所述气动肌肉(1)的内腔，从而形成集成气动模块，所述气体发生器(2)能够产生高压气体，以使得所述气动肌肉(1)的内部气压增大而产生轴向收缩，并且该气体发生器(2)密封且保持增大的气压。此外，本发明还涉及一种主动式头枕和被动安全装置。该气动模块将气体发生器集成于气动肌肉中，使得该气动模块更加小型化、集成化、响应快速化。

摘要： 本申请公开了一种基于新型气动肌肉的气动软体触手机器人，包括依次连接的第一驱动部、第二驱动部和第三驱动部，第一驱动部、第二驱动部和第三驱动部的驱动方式均为流体驱动，且可相互独立工作；第一驱动部包括第一柔性组件，第二驱动部包括第二柔性组件，第三驱动部包括第三柔性组件，第一柔性组件、第二柔性组件和第三柔性组件均在流体驱动下通过弯曲或伸展，抓取或移动目标物，柔性组件包括波纹网伸长型气动肌肉，其伸长量来源于轴向层叠的波纹，波纹使其伸长量与角度无关，突破了双螺旋编织网和囊颗粒型气动肌肉的设计局限。通过流体驱动，控制每个驱动部的每组气动肌肉之间独立工作，使得机器人能够进行空间3维弯曲、伸展运动。

摘要： 一种提供气动肌肉工作的独立供气气动系统，它涉及一种气动系统。本发明为了解决现有的气动系统需要大体积气缸储存高压气体，并且通过压力比例阀调压设备对气动肌肉充气和排气，存在无法通过减小气动系统体积和质量来将气动系统集成到移动机器人中的问题。本发明的高压舱和低压舱相对设置且高压舱和低压舱之间通过气泵连通，电池接在气泵上并为气泵供电，高压舱连接空气过滤阀并通过一个开关气动系统为一个气动执行单元提供气源，低压舱通过另一个开关气动系统为该气动执行单元提供排气空间，高压舱压力传感器用于测量高压舱的舱内压力，低压舱压力传感器用于测量低压舱的舱内压力。本发明尤其适用于仿青蛙游动机器人。

摘要： 本发明公开了一种基于气动肌肉驱动的吸附式风电叶片爬行机器人。本发明主要由基于气动肌肉驱动的吸附系统、正弦机构、三曲柄联动机构组成。所述基于气动肌肉驱动的吸附系统主要由电机，转动轮，正弦滑槽，滑块，气缸，气动肌肉，吸盘组成。每个吸附系统控制机器人对角线一对吸盘，两套吸附系统交替工作，完成四足的交替吸附爬行周期运动。本发明无需额外的压缩空气泵来提供气源，即可实现行走与吸附功能，在风电叶片表面，对叶片进行检查维修，结构设计精巧，节约能源，具有极大的研究和使用价值。

摘要： 本实用新型涉及一种基于气动肌肉的仿生颈部肌肉结构，本实用新型有效的解决了传统的仿生机器人颈部结构仿生性不高，颈部的柔韧性不足致使仿生颈部的机构无法灵活运动的问题；解决的技术方案包括机器体和机器头部以及设置在机器体和机器头部之间的多根气动肌肉，所述气动肌肉的轴向两端分别设有万向节，气动肌肉经万向节分别与机器体和机器头部相连，本实用新型提出了基于气动肌肉的仿生颈部肌肉结构，该仿生颈部肌肉结构能够实现颈部多自由度的旋转，即能实现前屈，后仰，左向侧屈，右向侧屈，左向旋转，右向旋转等柔性动作，当仿生颈部肌肉结构需要处于某一特定状态时通过旋紧螺母便可使该机构较为稳定的保持该状态。

摘要： 本实用新型是一种基于气动肌肉的腿部肌肉锻炼装置。主要有：平面底板，滑块，滑块导轨，气动肌肉，缓冲支撑弹簧，大腿支撑板，小腿支撑板，脚踏板，缓冲回复弹簧。气动肌肉作为主要驱动部件，并用弹簧提供缓冲作用，具有良好的柔顺性和稳定性。能实现主动运动和被动运动，适合不同康复阶段的使用者使用。本装置集成在一块木板上，易于移动，可以直接放在床上，不需要移动病人位置，使用方便。使人的腿做回缩与伸展运动，能有效的带动整个下肢包括臀部肌肉的运动。结构简单，成本低，质量轻，易于推广。适用于中风者、瘫痪者、残疾人、植物人和其他长期卧床病人的腿部肌肉锻炼。