柔性气动球关节的设计和控制研究

发布时间：2020-03-31 03:34

【摘要】： 本论文研究了一种新型的气动执行器—柔性气动球关节。相对于一般的执行器，柔性球关节具有安全可靠、柔性、结构简单等许多优点。首先介绍了当前一种新型执行器—气动驱动器的研究状况，提出了柔性气动球关节，介绍了气动球关节的原理，建立并分析了其静态和动态模型。针对气动球关节运动的特点提出了一种姿态传感系统，对该传感系统的原理和结构作了分析。设计和制作了气动驱动器的原型，建立实验系统，进行了一系列的静态和动态实验。将静态实验的结果与仿真结果进行了对比，结果表明系统的静态模型与实际吻合得比较好。球关节系统开环动态响应无超调，上升速度较慢，通过采取数字PID控制、模糊控制以及模糊PID控制算法能达到比较好的控制效果。由于加工工艺的原因，论文中的球关节的运动只限于小变形(弯曲角在20°以内)。进一步的研究可以在优化结构、完善加工工艺、检测系统、改善控制算法的基础上对关节的大变形进行研究。
【图文】：

驱动器,风箱式,弯管

气宣l(a)图1一6FMA它具有上三个独立的内部气腔，这三个气腔的压力分别由三个控制阀独立控制。径向的纤维起到加强的作用。当三个气腔同时加相同的气压时，它保持轴线方向，当只有一个腔加压时，它向加压腔的反方向弯曲，如图1一6(b)。通过分别控制三个腔的压力，可以实现空间任意方向的弯曲。它既可以充当肌肉，有可作为关节使用。具体的实现形式很多样。ShinichiHirai等人[7]提出的pneumaticgrouPactuators就是一种实现形式。日本KoichiS~ori等研究人员对FMA的制作、小型化(驱动器直径4mm)和在多自由度机器人操作手上的应用方面做了大量工作[9][‘“]I”][‘2][’3]。2.4弯管驱动器HideyukiTsukagoshi等人提出了一种新型的驱动器模型:弯管式驱动器【’4〕(矶沁undTubeAetuator)，其结构原理如图1一7。…召准匹i越丝一{未受难蓄分/、奔聚都分兰曝黔翔.一一、‘-“尸一一风箱驱动希弯管驱动器塔苍驱%JJ界交形示念图僻气营图1一

原理图,实物,原理图,输出压力

.1结构原理图2一9、图2一10是电气比例阀IVT0050的原理图。工作原理:当输入信号上升时，进气电磁阀打开，导致输出压力上升，压力传感器测量到输出的压力信号，反馈到控制电路，进行校正，直到输出压力与输入信号成正比。当输入信号下降时，排气电磁阀打开，，导致输出压力上升，压力传感器测量到输出的压力信号，反馈到控制电路，进行校正，直到输出压力与输入信号成正比。供气压力一输入信号压压力传感器··输出压力—图2一9电气比例阀IVT0050的原理框图
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2003
【分类号】：TH138

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