气动肌腱驱动的拮抗式仿生关节位置/刚度控制

发布时间：2024-04-22 00:58

　　仿生关节是四足仿生机器人实现灵活跳跃、奔跑等高速复杂运动的基本要素。针对现有气动肌腱驱动的仿生关节难以实现设定刚度下的高精度位置控制问题,提出一种基于模糊神经网络补偿控制的拮抗式仿生关节位置/刚度控制新方法。建立关节位置/刚度解算模型,根据关节驱动力矩及设定刚度计算气动肌腱的理论充气压力;建立关节输出刚度计算模型,根据关节输出位置及气动肌腱的实际充气压力计算仿生关节的实际输出刚度;采用由模糊神经网络补偿控制器、PID控制器和模糊神经网络辨识器构成的模糊神经网络补偿控制结构实现对仿生关节的高精度位置控制。以FESTO公司MAS型气动肌腱驱动的拮抗式仿生关节为控制对象,进行关节位置/刚度控制的试验研究,对比PID控制和模糊神经网络补偿控制的位置控制精度,探究仿生关节刚度的动态响应。试验结果表明:模糊神经网络补偿控制方法的位置控制精度显著优于PID控制方法,位置控制精度由3°提高到0.6°;同时两种控制方法均能较好地跟随关节设定刚度,刚度跟踪精度均在1 N?m/rad内。

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【部分图文】：

图1气动肌腱驱动的四足仿生机器人

图2仿生关节实物照片及简化模型图

关节为控制对象，提出了一种基于模糊神经网络补偿控制的关节位置/刚度控制方法，进行了试验研究，实现了关节设定刚度下的高精度位置控制。1仿生关节位置/刚度控制原理1.1气动肌腱驱动的四足仿生机器人及仿生关节本文基于越障步态原理设计的气动肌腱驱动的四足仿生机器人如图1所示，它包括后机体....

图3关节位置/刚度控制系统的工作原理图

66机械工程学报第53卷第13期期1.2仿生关节位置/刚度控制系统原理图2a所示的气动肌腱驱动的拮抗式仿生膝关节，下文简称关节，其位置/刚度控制系统的工作原理如图3所示，文中关节位置和关节刚度指图2b中关节转动中心O的转角和刚度。控制系统有期望关节位置d和关节设定刚度dK两个输入....

图4关节位置、刚度与充气压力的关系图

，从而实现关节设定刚度下关节位置的闭环控制。另一方面，控制系统实时采集气动肌腱5、5'的实际充气压力12p'、p'和关节当前输出位置，通过关节输出刚度计算模型II计算关节当前输出刚度K，可确定关节刚度的动态响应。图3关节位置/刚度控制系统的工作原理图1.气源2.过滤调压组件3.电....

本文编号：3961696