摘要：传统的气动人工肌肉受结构和制造手段的限制,很难同时满足高收缩率、高收缩力和全柔性等应用需求。针对这些问题,本文基于约束层、收缩层与扁平气囊正交混合编织的工艺,提出了一种扁平编织型气动人工肌肉(扁肌)。通过建模分析了最小收缩层长度、收缩率以及扁肌最大厚度与气囊层数及气囊手指数量之间的关系,并通过数值拟合获得了收缩力的近似解析解。扁肌的各主要部件均采用激光切割而成,组装完成的扁肌质量仅为8.1 g,厚1.2 mm。收缩实验表明,扁肌在5%的收缩率下最大收缩力可达280 N,是其自重的3527倍。在0.5 kg的负载下最大收缩率42.8%,最大收缩速度1216.2 mm/s。迟滞实验表明,扁肌存在一定的位移迟滞,而力迟滞并不明显。在采用闭环控制时,扁肌对0.25 Hz的正弦信号具有良好的位置跟踪能力,最大位移误差2.5 mm。当频率为0.5 Hz时,受放气速度的影响,扁肌存在较大位移延迟。

摘要：针对以气动人工肌肉作为关节驱动器的外骨骼机器人关节位置跟踪控制问题进行了研究。首先,在动力学模型的基础上,设计了上层控制器,并结合自适应控制和滑模控制方法降低了动力学参数不准确和扰动项未知对外骨骼机器人的影响;其次,基于无模型方法设计了底层关节力矩控制器,调整外骨骼机器人的关节力矩;最后,针对上述控制方案设计仿真实验与外骨骼机器人的穿戴实验。结果表明,该控制方法对气动人工肌肉外骨骼机器人的关节位置跟踪控制是有效的。

摘要：回顾了气动人工肌肉的发展历史,总结了国内外主要研究机构的研究近况,概述了在基本特性及建模、结构优化和控制策略等方面的研究工作。研究结果表明:气动人工肌肉可以从等效做功、弹性力学等多种角度建模,通过多种结构优化改进了其性能,针对气动人工肌肉系统的不同特性,采取相应的控制策略,如鲁棒设计、自适应控制、智能控制等。从目前的发展趋势来看,气动人工肌肉的工作机理分析和高精度控制短期内难以突破,相对而言新型结构设计及应用将得到迅速发展,可以预见在仿生、理疗、虚拟现实等诸多领域有着广阔的应用前景。

摘要：提出一种基于气动人工肌肉的新型3自由度并联机器人平台,该机器人平台结构简单,具有3转动自由度。在对该新型3自由度并联机器人平台运动学和动力学特性理论分析的基础上,采用模糊变结构控制策略设计了新型3自由度并联机器人平台的两层滑模模糊变结构控制器,并建立了试验系统,开展了新型3自由度并联机器人平台的试验研究,其最大位置跟踪误差0．3 mm,当气源压力改变后,最大跟踪误差仍小于0．6 mm。试验结果表明,采用气动人工肌肉作为驱动装置设计的3自由度并联机器人平台是可行的,两层滑模模糊变结构控制策略对于该系统是适合的。

摘要：针对柔性仿生关节难以实现力与刚度独立控制的问题,建立了一种新的气动人工肌肉等效弹簧模型及关节力和刚度模型,设计了一种双输入双输出滑模控制器,来实现对气动人工肌肉拮抗关节力与刚度的独立控制.最后,搭建了气动人工肌肉驱动的拮抗关节实验平台,在关节位置固定和开放两种状况下进行了实验研究,验证所提方法的有效性;在不同负载情况下进行了对比实验,验证所提方法的通用性.所提出的建模和控制方法综合考虑了仿生关节位置、力和刚度相对独立控制,在机器人与人或环境互相作用的场合有很好的应用前景.

摘要：为了精确地描述气动人工肌肉的力特性,建立了一个基于弹性力学的新型串联模型,并结合实验评估系统的实验结果对它进行进一步的补偿.气动人工肌肉和气缸在模型和实验数据方面的比较结果表明,气缸模型虽然简单,但爬行现象严重;气动人工肌肉的模型复杂,却无爬行现象,为气动人工肌肉在工业中的应用提供了设计依据.

摘要：针对气动人工肌肉位置控制系统,提出了两层滑模的变结构鲁棒控制策略,控制器的推导基于李亚普诺夫稳定性理论.实验表明所设计的气动人工肌肉位置控制系统稳态控制精度可达到±0.2 mm,在负载质量和气源压力改变的情况下,稳态位置控制精度仍可达到±0.3 mm,实验结果证明了所提出方法的有效性和系统的鲁棒性.该研究为气动人工肌肉获得广泛的应用提供了理论依据.

摘要：气动人工肌肉关节系统是一个强非线性时变自平衡2阶系统,鉴于传统控制方法难以克服控制精度、调节速度和稳定性之间的矛盾,设计了一种2阶自抗扰控制器.采用3阶扩张状态观测器实时估计未建模型部分及外界扰动,对系统进行线性补偿,并利用非线性反馈机制提高控制效率,在保证稳定性的前提下,提高调节速度和控制精度,使得系统的稳态精度小于0.1°,跟踪精度小于0.5°.试验证明,即使在系统模型部分已知或未知的情况下,系统采用自抗扰控制仍然可以使控制效果达到令人满意的程度.

摘要：为降低传统气动系统的成本,设计了气动人工肌肉(PMA)驱动的单自由度(DOF)运动关节系统.在研究PMA和脉宽调制(PWM)高速开关阀特性的基础上,建立了系统的多输入4阶仿射非线性数学模型.仿真分析了系统在不同输入控制量下的静、动态输出特性,并分别研究了摩擦力、负载、气源压力和工作容积4个主要因素对系统特性的影响.仿真结果表明,该系统开环稳定,且不论摩擦力存在与否,系统输入输出都存在着良好的静态线性关系,但静摩擦力影响稳态输出值,增加负载或减小气源压力都将引起系统超调和震荡加剧,而减小PMA内部的工作容积可以提高系统响应.

摘要：针对气动人工肌肉柔软的物理特性,设计一种新型的气动人工肌肉实验台,该试验台采用气缸作为气动人工肌肉的负载,自动测量气动人工肌肉的参数;通过对实验数据进行拟合,建立简单实用的静态特性模型;对由一对人工肌肉组成的关节进行静态实验和阶跃实验,实验结果表明,气动人工肌肉关节线性度高,但响应速度低,存在滞环.