收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

气动人工肌肉位置伺服系统研究及其应用

杨钢  
【摘要】:气动人工肌肉作为一种新型气动执行元件已引起了国内外学者的广泛关注。本文以 气动人工肌肉为研究对象,通过理论分析和实验研究建立了气动人工肌肉较完整的静动 态数学模型,在对气动人工肌肉控制系统特性分析的基础上应用变结构控制方法和模糊 理论设计了气动人工肌肉的模糊变结构控制策略,并应用于自行设计的基于气动人工肌 肉的新型三自由度并联机器人平台上。 本文首先分析了导致气动人工肌肉理想静态数学模型与实际结果相差较大的原因。 在此基础上,抓住影响气动人工肌肉特性的主要因素,橡胶弹性力以及橡胶筒与纤维层 间摩擦力的影响,建立了相对简单而又较为完整的气动人工肌肉静态数学模型,并提出 了将气动人工肌肉视为带有弹性负载的变截面积气缸的观点。针对两种不同型号的气动 人工肌肉,通过实验和计算机数值仿真分析了气动人工肌肉静态力学特性,验证了静态 数学模型的正确性。 其次,提出将气动人工肌肉系统作为一种气压传动系统来研究,并根据所提出的将 气动人工肌肉视为变截面积气缸的观点,在气缸动态特性方程的基础上方便地推导出了 描述气动人工肌肉系统动态特性的非线性数学模型,并指出气动人工肌肉系统的工作过 程可以划分为等容充气、充气收缩、排气伸长和等容排气四个阶段。同样以两种型号的 气动人工肌肉为例,通过实验和仿真分析了气动人工肌肉开环控制系统的动态工作特 性,验证了动态数学模型的正确性。 然后,针对气动人工肌肉控制系统强非线性、难于建立精确数学模型的特点,在对 其特性分析的基础上,提出气动人工肌肉位置伺服系统的两层滑模模糊变结构控制策 略。理论和实验结果表明,常规变结构控制由于控制输入的剧烈颤振,容易引起系统响 应的超调和抖动,不能获得较好的动态特性,而模糊变结构控制改善了系统动态性能, 响应平滑,超调量小。两种型号的气动人工肌肉位置伺服系统的稳态位置控制精度分别 可达到±0.2mm 和±0.3mm,即使在负载质量和气源压力改变的情况下,虽然稳态误差 有所增加,但其稳态控制精度仍可达到±0.3mm 和±0.5mm,系统对于扰动和外部参数的 变化具有强的鲁棒性。对于气动人工肌肉位置控制系统来说,模糊变结构控制是可行的、 合理的。 最后,根据某水中运动模拟装置需要三个转动自由度的要求,考虑到气动人工肌肉 结构简单、无泄漏现象、适合在空气与驱动环境分离的工况下工作,应用气动人工肌肉 作为驱动装置,设计了一种新型基于气动人工肌肉的三自由度并联机器人平台。在对该 新型三自由度并联机器人平台运动学和动力学特性进行详细理论分析的基础上,采用模 - I - WP=5 糊变结构控制策略设计了新型三自由度并联机器人平台的模糊变结构控制器,并建立了 实验系统,开展了新型三自由度并联机器人平台的轨迹跟踪控制实验研究。实验结果表 明,采用气动人工肌肉作为驱动装置设计的三自由度并联机器人平台是可行的,模糊变 结构控制策略对于该系统是适合的。基于气动人工肌肉的新型三自由度并联机器人平台 的设计对气动人工肌肉更加广泛的应用具有指导意义。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 张立杰,刘辛军;平面2自由度驱动冗余并联机器人的机构设计[J];机械工程学报;2002年12期
2 高峰;并联机器人设计理论及其关键应用技术研究[J];河北工业大学学报;2004年02期
3 冯远静,冯祖仁,黄辉,寿开宇;并联机器人安全保护系统的研究[J];组合机床与自动化加工技术;2004年08期
4 段学超,仇原鹰,段宝岩;大射电望远镜精调Stewart平台并联机器人伺服带宽分析[J];中国机械工程;2005年03期
5 孔令富,黄真;力前馈控制的并联机器人自适应系统的研究[J];燕山大学学报;1995年01期
6 张威,赵新华;3—RTT并联机器人位置分析[J];天津理工学院学报;2003年03期
7 李立新,潘春萍,卢颖,王勇亮;六轴并联机器人控制软件的设计与实现[J];长春理工大学学报;2004年01期
8 饶青,陈宁新,白师贤;6-6型stewart并联机器人的正向位移分析[J];机械科学与技术;1994年03期
9 姜虹,贾书海,王小椿;6自由度并联机器人的结构参数对活动空间的影响[J];机械科学与技术;1999年02期
10 李波,蔡光起;三杆六自由度并联机器人运动学研究[J];机械设计与制造;1999年04期
11 范守文,徐礼钜;6-SPS并联机器人工作空间的边界曲面分析方法[J];机械科学与技术;2002年01期
12 张立杰;平面两自由度驱动冗余并联机器人的运动及灵巧性分析[J];机械设计;2002年02期
13 李方,南仁东;一种分析并联机器人工作空间的解析几何法[J];机械制造;2003年03期
14 赵辉,高峰,彭斌彬,张建军;一种并联机器人承载力各向异性指标[J];机械设计与研究;2004年02期
15 崔建昆,徐礼钜;求解并联机器人工作空间的迭代搜索法[J];上海理工大学学报;1996年03期
16 杨玉维,赵新华;3-RRRT并联机器人工作空间与灵巧度的分析[J];机械设计;2005年02期
17 石志新,罗玉峰,陈红亮,谭曼华,周燕辉;一类新型并联机器人的尺度优化综合[J];机械;2005年01期
18 杨玉维,赵新华,陈世明,苗志怀;3-RRRT并联机器人奇异位形分析[J];天津理工学院学报;2005年01期
19 吴生富,王洪波,黄真;并联机器人工作空间的研究[J];机器人;1991年03期
20 黄田,汪劲松,D.J.Whitehouse;Stewart并联机器人位置空间解析[J];中国科学E辑;1998年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 孙立宁;刘彦武;曲东升;李长峰;;靶定位并联机器人控制研究[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
2 江晓玲;郑亚青;黄宜坚;;磁流变阻尼器在外墙清洗绳牵引并联机器人中的应用[A];第六届全国电磁流变液及其应用学术会议程序册及论文摘要集[C];2011年
3 贺利乐;段志善;;并联机器人的动态性能及控制方法的研究现状与展望[A];振动利用技术的若干研究与进展——第二届全国“振动利用工程”学术会议论文集[C];2003年
4 张波;赵明扬;隋春平;;一种新型柔索驱动并联机器人的动力学研究[A];制造业与未来中国——2002年中国机械工程学会年会论文集[C];2002年
5 孙立宁;李长峰;曲东升;刘彦武;;ICF精密并联机器人系统的研制[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
6 马履中;尹小琴;杨启志;谢俊;;新型空间三平移并联全柔性机构运动分析及力分析[A];制造业与未来中国——2002年中国机械工程学会年会论文集[C];2002年
7 杭鲁滨;王彦;杨廷力;;并联机器人机构解耦准则研究[A];制造业与未来中国——2002年中国机械工程学会年会论文集[C];2002年
8 孔令富;马龙生;;基于PC微型机和MCS-96单片机的并联机器人分布式控制系统的设计[A];1993中国控制与决策学术年会论文集[C];1993年
9 马履中;尹小琴;杨廷力;;基于一种新型{3-R//R//C}三平移并联机器人机构的动力分析及动态仿真[A];面向制造业的自动化与信息化技术创新设计的基础技术——2001年中国机械工程学会年会暨第九届全国特种加工学术年会论文集[C];2001年
10 吴忠强;刘坤;奥顿;;基于遗传算法的电液位置伺服系统模糊控制[A];中国自动化学会全国第九届自动化新技术学术交流会论文集[C];2004年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 杨钢;气动人工肌肉位置伺服系统研究及其应用[D];华中科技大学;2004年
2 李海虹;一种含柔性杆件的高速并联机器人优化设计方法研究[D];天津大学;2009年
3 刘欣;两种并联机器人的机构性能分析与运动控制研究[D];西安电子科技大学;2009年
4 刘玮;一种直线电机驱动的六棱锥式并联机器人研究[D];南京理工大学;2012年
5 李艳;二自由度冗余驱动并联机器人的动力学建模及控制研究[D];山东大学;2010年
6 洪林;并联机器人精度分析与综合研究[D];天津大学;2004年
7 张淑平;基于视觉的并联机器人位姿检测方法研究[D];东华大学;2010年
8 杜义浩;并联机器人轨迹规划中的运动误差补偿方法研究[D];燕山大学;2012年
9 沈辉;并联机器人的几何分析理论和控制方法研究[D];国防科学技术大学;2003年
10 王洪瑞;液压六自由度并联机器人运动控制研究[D];燕山大学;2003年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李叔祥;6-THRT并联机器人的标定研究[D];南京理工大学;2004年
2 陈哲浩;并联机器人智能控制方法研究[D];西安建筑科技大学;2004年
3 周娜;并联机器人视觉伺服系统的跟踪检测研究[D];东华大学;2011年
4 张祖华;2-PPa移动并联机构运动学设计[D];浙江理工大学;2010年
5 胡国胜;6-SPS型并联机器人的工作空间分析及奇异性研究[D];东华大学;2005年
6 梁永红;冗余绳牵引并联机器人工作空间求解方法及性能的研究[D];西安电子科技大学;2010年
7 蒋俊香;6-PUS/UPS并联机器人结构设计及理论分析[D];燕山大学;2010年
8 王海东;并联机器人机构构型与性能分析[D];燕山大学;2001年
9 杨云光;并联机器人计算机控制系统研究[D];河北工业大学;2002年
10 刘凉;3-RRRU并联机器人运动学控制的研究[D];天津理工大学;2010年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 李丹;天津大学拉动地方经济腾飞[N];科技日报;2001年
2 张红 黄京一;“做我们自己的机器人”[N];人民日报海外版;2010年
3 记者武威、杜安娜;“李刚门”事件后 河大附“抄袭门”[N];广州日报;2010年
4 王丽 欧东衢;黔建世界最大“天眼”,能测地外文明[N];新华每日电讯;2008年
5 黄辛;“中国眼”探天观地 首台太空望远镜将升空[N];北京日报;2009年
6 记者 佘志娟;市领导参观科技创新成果展[N];邯郸日报;2010年
7 记者 齐芳;我国在黔建设世界最大单口径射电天文望远镜[N];光明日报;2008年
8 记者 李大庆 刘志强;我建设世界最大单口径射电天文望远镜[N];科技日报;2008年
9 王丽 欧东衢;世界最大单口径射电望远镜在贵州架设[N];中国质量报;2008年
10 本报记者 张益 陈治宽;中国科学院·贵州省共建国家重大科技基础设施500米口径球面射电望远镜(FAST)项目奠基[N];贵州日报;2008年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978