气动人工肌肉驱动器在六足步行机器人中的应用

本文介绍了应用一种新型的气动人工肌肉驱动器实现的六足步行机器人，包括机械设计，步态规划和控制系统设计，以此介绍气动人工肌肉驱动器的在行走机器人方面的应用。     

气动人工肌肉驱动的机器人控制方法研究现状概述

随着机器人技术的飞速发展,传统执行器(如电机、液压驱动等)结构繁冗、体积庞大,越来越难以满足新一代智能机器人对轻质化与柔顺性的需求,具有更高柔顺性、更强安全性的气动人工肌肉日益受到广大学者的关注.气动人工肌肉结构简单、材料轻便、生物适应性好,在医疗康复、航空航天、水下作业、抢险救灾等领域均具有良好的适应性,可方便地用于驱动机器人完成多项复杂任务.然而,气动人工肌肉与生俱来的迟滞、高度非线性、蠕变等特性,为其驱动的柔性机器人精准智能控制带来了挑战.鉴于此,首先对气动人工肌肉的工作原理、优势缺陷、建模与应用现状等进行简要介绍;然后基于气动肌肉的主流模型,对近年来单、多气动人工肌肉驱动的机器人运动控制方法研究现状与最新进展进行重点阐述;最后根据当今研究现状与尚未解决的难题,简要分析气动人工肌肉驱动的机器人未来发展趋势.     

气动蠕动式缆索维护机器人的研制

本文研制了一种用于斜拉桥缆索的检测、清洗和涂装等维护作业的气动蠕动式缆索机器人 ．该机器人分上体和下体两部分,由气缸实现移动、夹紧和导向功能．其能用于大直径范围 的缆索,牵引力大,安全可靠．     

用于呼吸道直接监测的柔性微机器人系统

根据人体呼吸系统的结构及生理特性，基于蠕动运动原理设计了适于人体气管及左右主支气管内自由移动的微机器人系统．该机器人系统采用三自由度空气压橡胶驱动器驱动的柔性移动机构．介绍了机器人机体的构造和运动原理，建立了机器人系统驱动力学模型并做了相应分析．在猪气管中进行了初步实验，在机械通气情况下监测了气管末端的压力和温度参数．初步的研究结果表明，该柔性驱动机器人系统可用于直接动态监测机械通气过程中的呼吸参数．     

仿蚯蚓蠕动微机器人牵引与运动控制

为进入人体腔道开展作业，开发了一种直径6mm的仿蚯蚓多关节蠕动微机器人样机．机器人使用十字万向节连接直线驱动器，在弯曲腔道中能自适应改变自身姿态．基于Preisach模型和偏转模型，提出了形状记忆合金偏转机构的前馈控制方案，头舱控制最大偏转误差为2.6°．基于新型蠕动原理，建立了牵引模型，给出了有效驱动的条件．对机器人的牵引力、运动速度、在不同摩擦系数介质表面上的运动能力、头舱姿态进行了试验．结果表明，机器人的爬坡能力依赖于机器人和运动表面间的摩擦系数，新型蠕动原理能提供较大的牵引力，合适的驱动频率下可以得到最大的运动速度．     

面向侦察机器人的气动弹跳机构建模与分析

为提高侦察机器人的运动和生存能力,本文将弹跳运动与轮式运动相结合,建立了一种新型侦察机器 人．本文以一种新颖的气动弹跳机构实现了机器人的弹跳运动,介绍了气动弹跳机构的特性,推导了气动弹跳过程 中各耦合参量之间的关系,分析了弹跳高度的影响因素,并进一步提出调整换向气阀开关时间从而控制机器人弹跳 高度的控制方案．最后,对所设计的气动弹跳机器人进行了越障分析和实验验证．结果表明了该侦察机器人气动弹 跳机构的合理性和实用性．     

锻压加工采用机器人作业的前景

本文讨论锻压加工中采用机器人的必要性，并介绍一种新型的气动控制系统－3P控制系统，即位置预选程序控制系统，英文全称为：Position Pre-selected programmable Control System。     

气动位置伺服系统的自校正自适应研究

气动技术是一门以空气作为传动介质的流体流动与控制技术，由于其本身固有的特点，如省能，污染小，价格低廉及适用范围广等。在工业自动倾及机器人领域等得到了越来越广泛的气动位置伺服系统，在全面分析研究这种气动位置伺服系统，在全面分析研究这种气动位置伺系统的基础上，针对气动伺服系统的弱品质，如系统刚度差，非线性严重及参数变化大等，提出一个新的控制算法，即零一极点配置的自校正自适应控制算法，研究结果表明，这种控制算法对气动位置伺服系统是适用的，具有产好的跟踪速度及控制精度，这一研究为进一步开发研制气动伺服系统打下坚实的理论基础，并可望在气动喷漆机器人中得到应用。     

基于神经网络PID控制的柔性微机器人系统

根据尺蠖蠕动的原理,研制了一种三自由度微型机器人内窥镜诊疗系统；该机器人由空气压橡胶驱动器驱动，通过两个气囊钳位．建立了机器人的动态模型．基于BP神经网络PID控制策略，设计了电—气脉宽调制伺服系统控制机器人的移动．用系统输出的预测值来代替实测值，计算权系数的修正量，实时改变控制参数以提高控制效果．软件仿真和实验结果都证实该方法弥补了传统PID控制方法的不足，显著改善了系统的静动态特性，是一种理想的气动微型蠕动机器人控制方法．     

一种气动肌肉拮抗驱动机器人关节的类人运动控制方法

为了实现气动人工肌肉拮抗驱动机器人关节系统的类人运动控制,针对该系统严重非线性的特点,本文将其控制问题视为一个非线性最优控制问题,根据人体手臂关节运动的最小加加速度模型设定系统的最优控制性能指标,首先采用扩张状态观测器将机器人关节模型线性化得到积分器串联标准型,然后在线性化模型基础上设计最优控制律,使机器人关节具有与人手臂关节相似的无约束运动轨迹.仿真结果表明,采用本文算法,机器人关节能实现大运动范围(0～120°)的类人运动,关节运动轨迹对负载的改变(1 kg～5 kg)不敏感,并且关节运动具有较好的抗扰动能力.在机器人关节实验平台上通过实物实验验证了算法的有效性,并进一步讨论了控制器参数的设计规则.本文算法需要整定的参数只有2个,适用于气动肌肉拮抗驱动关节的类人运动控制,能够满足协作机器人在本质安全性、运动柔顺性以及类人运动模式等方面的要求.     

形状记忆合金传感驱动器件及其在机器人中的应用

本文介绍了可在机器人等智能机械中发挥重要作用的形状记忆合金传感及驱动器件的原理及其设计，综述了国外近年来有关采用形状记忆合金的机器人的研究发展状况。     

微小气动机器人系统的模糊自适应PID控制

基于尺蠖的移动机理,研制了一种具有柔性移动机构的微小气动机器人内窥镜诊疗系统。描述了微机器人系统的本体结构和运动机理,并通过分析机器人系统的驱动力学特性和机器人的移动控制特性,给出了基于模糊自适应PID的气压-位置伺服控制方法,计算机仿真实验结果表明基于模糊自适应PID算法可实现机器人系统的有效控制。     

一种微小型蠕动机器人的步态分析

介绍了一种形状记忆合金(SMA)驱动的微型蠕动机器人的结构和工作原理,并对蠕动机器人的直线运动原理和转弯运动原理分别进行了详细的分析和论述。此外,还通过详细的实验对蠕动机器人步距与SMA驱动器电流的关系、蠕动机器人转弯角度与SMA驱动器电流的关系,以及蠕动机器人响应速度与SMA驱动器电流的关系进行了分析,并确定了SMA驱动器的加热电流。     

日本研制具备气动肌肉系统的机器宝宝

现在,日本大阪大学细田实验室(Hosoda Laboratory)的研究人员开发出了两款机器人Pneuborn-7ll和Pneuborn-13,这是两种肌肉—骨骼婴儿机器人系统,使用气动肌肉系统作为驱动。     

国外微型管内机器人的发展

本文首先论述了微型管道机器人的发展背景及与传统管内机器人的区别,然后 对几种典型常规小管径管道机器人和国外几种典型微驱动式管内微型机器人工作原理对比分 析,指出了目前管内微型机器人研究中所面临的主要问题,并对实现微管内机器人 实用化的关键技术及研究发展方向进行了探讨．     

SMA驱动的微型平面关节机器人的研究

近年来，利用形状记忆合金（ＳＭＡ）的形状记忆效应原理制作的驱动器已在机器人领域中得到应用，ＳＭＡ驱动器以其重量轻、结构紧凑、易控制等优点，大大推动了微型机器人的发展．本课题使用所研制的推挽式直线位移型和旋转关节型ＳＭＡ驱动器代替传统的伺服驱动系统，研制了一台三自由度（两个旋转自由度和一个直线自由度）且带末端夹持器的微型平面关节机器人．本文将介绍该机器人的结构设计，控制系统及其软件设计．     

气动人工肌肉驱动球面并联机器人关节的力控制研究

分析了具有柔索冗余驱动特点的静力关系，研究了力控制的智能控制算法及策略，在建立的实验样机上达到了良好的力伺服性能．将气动人工肌肉的被动柔顺性与位置控制到力控制过渡的主动柔顺控制策略结合，有效避免了机器人在与环境接触时的碰撞与冲击．     

新型三自由度微机器人及其控制系统

本文提出一种新型三自由度微机器人的机械结构及其控制系统。微机器人的机构具有三轴共体、体积小和内藏传感器等特点，其控制器的鲁棒性强。计算机仿真和实验结果表明，该微机器人的动态性能好、重复精度高。该微机器人可以单独使用，也可安装在一般工业机器人的终端执行器上，从而构成高精度装配机器人和能进行各种微操作的高精度机器人。     

仿青蛙游动机器人机构设计

为研制仿青蛙游动机器人,设计了游动机器人机构.首先通过分析生物青蛙结构,设计仿青蛙机器人的原理样机.选择气动肌肉作为驱动器,分别驱动髋、膝、踝关节的转动,并采用钢丝传动结构,将膝关节气动肌肉安装在躯干上,从而有效减小了腿部的质量.建立了机器人系统的运动学模型并进行机器人运动学分析.分析了青蛙游动过程中的水下受力,并将水的作用力引入ADAMS仿真环境中,模拟了青蛙游动中的水环境,从而进行动力学仿真分析.最后对所研制出的仿青蛙游动机器人进行水下游动实验,其推进阶段平均速度达到339 mm/s.通过对比分析发现在动力学仿真和样机实验两种不同方法下机器人后肢运动形式基本一致,从而验证了仿青蛙游动机器人原理样机设计的可行性.     

气动3-UPU机器人的神经网络监督控制仿真

以基于气浮无摩擦缸驱动的3-UPU并联机器人为研究对象,对其进行运动学、工作空间仿真分析以及气动比例位置系统数学建模与控制仿真.由于气动比例位置系统具有很强的非线性,而且易受环境因素影响,当采用传统PID控制时,很难使系统保持良好的控制效果.考虑到神经网络具有很强的逼近特性,于是引入RBF神经网络监督控制算法进行仿真分析.仿真结果表明,上述机器人具有较大的工作空间,同时在气动比例位置系统中,RBF神经网络监督控制具有更优的控制效果,在保证系统稳定的前提下提高了输出响应速度.