气动人工肌肉三自由度关节控制算法研究

发布时间：2017-03-21 20:08

  本文关键词：气动人工肌肉三自由度关节控制算法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：气动人工肌肉主要由橡胶管,纤维编织套以及两端的刚性连接件组成,当向橡胶管内充入压缩气体时,气动人工肌肉在轴向收缩同时对负载产生收缩力。与传统驱动器相比,气动人工肌肉具有高功率/体积比、高功率/质量比以及类似生物肌肉的柔性等优点,在仿生机器人及医疗康复领域具有广阔应用前景。本文以气动人工肌肉驱动的三自由度关节的控制算法为主要研究内容,主要工作如下:首先,分别采用基于刚度特性的方法和基于BP神经网络的方法对气动人工肌肉的力学特性进行数学建模,前者具有更加清晰的表达式但是对气压值的预测精度不如后者。然后,理论推导了气动人工肌肉三自由度关节的运动学和动力学方程,并运用数值仿真和Adams运动仿真验证了方程的正确性。依据以上方程设计三自由度关节的控制算法,包括计算力矩法、基于计算力矩法的鲁棒控制算法、滑模变结构控制算法以及改进的模糊滑模变结构控制算法。最后,通过联合仿真和试验比较了各个算法控制效果上的差异。结果表明基于计算力矩法的鲁棒控制算法和模糊滑模变结构控制算法都能够对建模误差以及干扰进行有效的补偿,具有较高的控制精度。
【关键词】：气动人工肌肉 力学模型 三自由度关节 控制算法
【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】：2016
【分类号】：R318.1;TP273
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-13
• 第一章 绪论13-21
• 1.1 气动人工肌肉概述13-14
• 1.2 气动人工肌肉驱动机构及控制策略概述14-19
• 1.3 当前存在的问题19
• 1.4 课题研究的目的和意义19-20
• 1.5 论文主要研究内容20-21
• 第二章 气动人工肌肉三自由度关节动力学特性21-35
• 2.1 气动人工肌肉力学模型21-27
• 2.1.1 基于气动人工肌肉刚度特性的力学模型22-25
• 2.1.2 基于BP神经网络的输出力模型25-27
• 2.2 三自由度关节机械结构27-28
• 2.3 三自由度关节运动学分析28-29
• 2.4 三自由度关节动力学分析29-34
• 2.5 本章小结34-35
• 第三章 控制系统仿真模型及试验平台设计35-41
• 3.1 控制系统仿真模型35-37
• 3.1.1 建立Adams结构模型35-37
• 3.1.2 建立Adams与MATLAB联合仿真模型37
• 3.2 控制系统试验平台设计37-40
• 3.2.1 控制系统硬件组成37-38
• 3.2.2 控制系统软件设计38-39
• 3.2.3 开环试验分析39-40
• 3.3 本章小结40-41
• 第四章 气动人工肌肉三自由度关节控制策略研究41-62
• 4.1 计算力矩法控制器设计41-46
• 4.1.1 计算力矩法基本原理41-42
• 4.1.2 计算力矩法控制器仿真分析42-46
• 4.2 基于计算力矩法的鲁棒控制器设计46-52
• 4.2.1 鲁棒控制算法设计46-49
• 4.2.2 鲁棒控制器仿真分析49-50
• 4.2.3 鲁棒控制器试验分析50-52
• 4.3 滑模变结构控制器设计52-57
• 4.3.1 滑模变结构控制算法设计52-54
• 4.3.2 滑模变结构控制器仿真分析54-57
• 4.4 模糊滑模变结构控制器设计57-61
• 4.4.1 模糊扰动观测器设计58-60
• 4.4.2 控制器仿真分析60-61
• 4.4.3 控制器试验分析61
• 4.5 本章小结61-62
• 第五章 总结与展望62-64
• 5.1 全文总结62
• 5.2 研究展望62-64
• 参考文献64-68
• 致谢68-69
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文69

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前9条

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  本文关键词：气动人工肌肉三自由度关节控制算法研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：260220