气动人工肌肉迟滞建模及实验研究

发布时间：2024-05-13 02:56

　　本文以Mckibben型气动人工肌肉为对象,系统地研究了其迟滞建模、气压-位移迟滞特性、力-位移迟滞特性,旨在消除气动肌肉迟滞特性对于位置控制精度的影响,并开展了相关的实验研究。全文取得了如下成果:在迟滞建模方面,针对传统迟滞模型仅能够描述对称型迟滞特性的不足,引入了在压电陶瓷、智能材料等领域中得到广泛应用的以双曲正切函数(tanh)和指数函数(exp)为包络函数的广义PI模型。通过分析气动人工肌肉常见气压-位移迟滞曲线的特性,提出了一种以反正切函数(arctan)为包络函数的修正型广义PI模型。通过对比遗传算法与LM(Levenberg–Marquardt)算法在迟滞模型参数辨识方面的效果,选定LM算法作为迟滞模型的参数辨识算法。在气动人工肌肉的气压-位移迟滞特性研究方面,通过搭建气压-位移迟滞特性实验装置,准确获取了气动人工肌肉的气压-位移迟滞曲线。为验证所提出模型的有效性,详细对比了三种模型输出曲线与实验曲线之间的误差。结果表明,所提出的修正型广义PI模型能够较好地描述气动人工肌肉的气压-位移非线性迟滞。此外,利用仿真实验证明了将修正型广义PI模型应用于气动人工肌肉前馈控制的可行...

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【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1-1康复机器人:(a)刚性驱动[6]；(b)柔性驱动[7]

第一章绪论1第一章绪论1.1研究背景及意义下肢康复机器人是一种具有高自动化程度的机电一体化设备，属于服务机器人的一种。该设备通过对下肢受损患者伤患处进行针对性的康复训练，可有效地帮助患者恢复正常的运动功能。早期患者的康复训练主要通过康复治疗师进行手动辅助，难以达到高频率、持续时间....

图1-2AirGait样机图

第一章绪论2究。为进一步地研究该下肢康复机构的动态特性，需要对其驱动器所具有的特性展开深入研究。1.2国内外研究现状鉴于本文的研究内容涉及气动人工肌肉及其迟滞特性建模与分析等方面，现就国内外相关领域的研究现状作简要回顾。1.2.1气动人工肌肉的研究现状气动人工肌肉(pneumat....

图1-3气动人工肌肉类型[13]

第一章绪论3常见的气动人工肌肉可分为五种类型：Mckibben型气动人工肌肉（图1-3(a)）、Pleated型气动人工肌肉（图1-3(b)）、Yarlott型气动人工肌肉（图1-3(c)）、ROMAC型气动人工肌肉（图1-3(d)）、Paynter双曲面气动人工肌肉（图1-3(....

图1-4Mckibben型气动人工肌肉[19]

机理，目前尚无一个统一解释[24]。但迟滞现象一般可以理解为在系统运动的正反行程中，相同输入量对应不同输出量的现象。在气动人工肌肉中，迟滞可以依据输出量的不同分为气压-位移迟滞和力-位移迟滞两类。它们分别代表气动人工肌肉在运动过程中，当移动相同距离时充入的气压或产生的收缩力因正反....

本文编号：3972273