气动人工肌肉驱动的三自由度转动并联机构研究

发布时间：2017-10-25 09:23

  本文关键词：气动人工肌肉驱动的三自由度转动并联机构研究

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【摘要】：气动人工肌肉是由纤维包裹着的橡胶管和连接在两端端盖组成,当充入压缩空气后,气动人工肌肉在轴向上收缩径向上膨胀,与此同时产生收缩力。与电器和液压驱动器相比,气动人工肌肉驱动器响应迅速、功率/质量比高、功率/体积比高,并且具有类似于生物体肌肉的柔顺性。正是由于这些优势,气动人工肌肉驱动器应用广泛,尤其在恢复治疗和机器人运动控制领域,所以气动人工肌肉驱动器的研究对于其应用具有重要推动作用。本课题以气动人工肌肉及其驱动控制的并联机构作为研究内容,主要工作如下:首先,研究了气动人工肌肉工作原理,建立了基于功能原理的人工肌肉静态模型和气动人工肌肉BP神经网络静态模型,搭建了静态实验台,并通过实验结果比较了两种模型的优缺点。然后,根据三元素现象模型(收缩系数、弹性系数和阻尼系数),研究了FESTO公司DMSP系列的气动人工肌肉动态特性,通过实验表达了这三个参数与气压和负载关系,结果表明收缩力系数与气压为线性关系,弹性系数与负载在高压区为线性关系,阻尼系数在高压区基本不变。最后,根据要求设计了气动人工肌肉驱动的三自由度转动并联机构,研究了该运动平台运动学逆解,给出了运动平台在转动过程中力矩平衡条件,推导了该并联机构速度和加速度关系,建立了基于凯恩法的动力学模型,搭建控制实验台,根据功能原理研究的静态模型构建控制系统,通过实验结果比较了开环和闭环两种控制效果。本课题研究了气动人工肌肉静态模型、动态模型和其驱动的并联机构,本文对人工肌肉有了更深入的理解,提高了人工肌肉控制精度,加速了气动人工肌肉驱动机构的应用。
【关键词】：气动人工肌肉 静态模型 现象模型学 并联机构
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH138;TH112
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 注释表11-13
• 缩略词13-14
• 第一章 绪论14-23
• 1.1 气动人工肌肉概述14-17
• 1.1.1 气动人工肌肉特点14-15
• 1.1.2 气动人工肌肉研究现状15-17
• 1.2 气动人工肌肉驱动机构概述17-20
• 1.2.1 气动人工肌肉驱动机构的发展现状17-20
• 1.2.2 气动人工肌肉驱动控制策略研究20
• 1.3 当前存在的问题20-21
• 1.4 课题研究的目的和意义21
• 1.5 论文主要研究内容21-23
• 第二章 气动人工肌肉静态特性23-40
• 2.1 气动人工肌肉工作原理23
• 2.2 基于功能原理的气动人工肌肉静态模型23-25
• 2.3 基于BP神经网络的气动人工肌肉静态模型25-27
• 2.3.1 BP神经网络介绍25-26
• 2.3.2 气动人工肌肉BP神经网络结构设计26-27
• 2.4 实验过程与实验结果27-35
• 2.4.1 静态试验台搭建27-29
• 2.4.2 静态实验过程29-30
• 2.4.3 功能原理实验预测结果30-34
• 2.4.4 BP神经网络模型实验预测结果34-35
• 2.5 气动人工肌肉两种模型验证及比较35-39
• 2.5.1 功能原理模型验证35-37
• 2.5.2 BP神经网络模型验证37-38
• 2.5.3 功能原理模型与BP神经网络模型比较38-39
• 2.6 本章小结39-40
• 第三章 气动人工肌肉动态特性40-48
• 3.1 气动人工肌肉三元素现象模型介绍40-41
• 3.2 动态特性实验台的搭建41-42
• 3.3 实验测量动态模型参数42-46
• 3.3.1 气动人工肌肉静态加载实验42-43
• 3.3.2 气动人工肌肉动态实验43-46
• 3.4 动态特性模型验证46-47
• 3.5 本章小结47-48
• 第四章 气动人工肌肉驱动的三自由度转动并联机构研究48-71
• 4.1 三自由度转动并联机构结构设计49-51
• 4.2 三自由度转动并联平台性能分析51-60
• 4.2.1 三自由度转动并联平台运动学分析51-54
• 4.2.2 机构力矩分析54-55
• 4.2.3 机构速度分析55-56
• 4.2.4 机构加速度分析56-57
• 4.2.5 三自由度运动平台动力学分析57-60
• 4.3 三自由度转动并联控制系统设计60-63
• 4.3.1 三自由度转动并联平台控制系统的组成60-62
• 4.3.2 三自由度转动并联平台控制方法介绍62-63
• 4.4 大运动平台转动试验研究63-69
• 4.4.1 大运动平台初始位置调整63-64
• 4.4.2 大运动平台转动开环试验研究64-66
• 4.4.3 大运动平台转动闭环试验研究66-69
• 4.5 操纵器转动试验研究69-70
• 4.5.1 操纵器转动开环试验研究69
• 4.5.2 操纵器转动闭环试验研究69-70
• 4.6 本章小结70-71
• 第五章 总结与展望71-73
• 5.1 全文总结71-72
• 5.2 研究展望72-73
• 参考文献73-78
• 致谢78-79
• 攻读硕士期间发表的学术论文79

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本文编号：1093086