基于气动人工肌肉驱动的多关节机械手指动力学仿真7968364

基于气动人工肌肉驱动的多关节机械手指动力学仿真7968364

毕业设计说明书(论文)

题目：基于气动人工肌肉驱动的多关节机械手指动

力学仿真

毕业设计说明书（论文）中文摘要

毕业设计说明书（论文）外文摘要

目录

前言 (1)

第一章绪论 (2)

1.1课题项目的背景 (2)

1.2气动人工肌肉多关节手指的国内外发展现状 (2)

1.3气动技术的介绍以及发展前景 (4)

1.4论文研究的内容和方法 (6)

第二章多关节手指的结构设计及建模 (7)

2.1 气动肌肉的介绍 (7)

2.1.1 气动肌肉的内部结构 (7)

2.2 气动机械手指的基本结构 (9)

2.2.1 绘图软件SoildWorks介绍 (9)

2.2.2 整体设计方案的设计 (9)

2.2.3 手指的关节设计 (10)

2.2.4手指关节的建模 (13)

2.3 灵巧手指的装配和三维模型的导出 (15)

第三章多关节手指的动力学仿真分析 (16)

3.1仿真软件ADAMS和MATLAB简介 (16)

3.2 动力学仿真过程介绍 (18)

3.2.1 ADAMS参数设置过程 (18)

3.2.2 建立MATLAB控制模型 (27)

3.3 动力学仿真结果分析以及结论 (29)

第四章气动肌肉灵巧手指的控制系统设计 (31)

4.1气动肌肉回路原理和设计 (31)

4.1.1气动回路器件的选择 (32)

4.2灵巧手指的关节控制系统 (34)

4.2.1控制系统的原理 (34)

4.2.2控制系统的硬件选择 (35)

4.3 D/A控制界面的设计和程序的编写 (36)

|第五章结论及总结 (41)

参考文献 (42)

致谢 (44)

前言

随着机器人技术的日益成熟，工业机器人极有可能最终取代机床，成为新一代工业生产的基础。服务机器人在近些年开始走进大众视野，并随着人工智能技术、先进制造技术和移动互联网的创新融合而飞速发展。越来越多的服务型机器人被研发出来，开始改变人类的社会生活方式。未来对机器人性能和稳定性要求越来越高，其中由于机器手作为机器人的末端执行器，机械手的功能直接影响着整个机器人的功能，因此机器人手指的研究成为了国内外的热门，本文我们将提出一种曲柄滑块机构来驱动手指弯曲，其中滑块机构是由人工肌肉来推动，由于气动人工肌肉比重小、结构紧凑，占用空间小等优点，关于气动人工肌肉的灵巧手指的研究越来越多。如今，机器人的使用范围已开始向国家安全、特殊环境服役、医疗辅助、科学考察等多个领域扩展。而一旦步入智能化阶段，机器人产业所构建的社会网络，将遍及社会生产、生活各领域，成为新一轮产业革命后的社会形态——智能社会的基础。

作为一种跨学科先进技术，机器人技术的突破需要其他技术支撑，尤以能源、材料、信息、生命科学及先进制造技术为重。这些技术被众多学者视为新一轮产业革命的支撑技术，它们的突破必然会促发机器人产业发展的一个高峰，从而推动新一轮产业革命进程。新型能源将有助于解决机器人的动力问题；新材料的使用有助于提升机器人的性能；信息技术的发展应用对机器人的控制系统至关重要；生命科学的发展有望使仿生学更多地运用到机器人产业，从而推动机器人“从机器到人”的转变；先进制造技术的应用则可解决结构复杂机器人的制造问题，有助于推动机器人的批量化生产和普及。

因此，气动人工肌肉机械灵巧手指正是在这种情况下出现。本文将提出一种接近于人手尺寸和运动范围的灵巧手指，该灵巧手指采用气动人工肌肉来驱动，手指包含三个关节，能够进行多自由度的运动，具有良好的仿生性。

航空发动机附件传动系统研究

成都理工大学工程技术学院毕业论文 航空发动机附件传动系统研究 作者姓名：vvvvvv 专业名称：机械工程及自动化 指导老师：xxxxx 讲师

摘要 现代航空发动机功率和附件转速日益提高，需要高转速的附件传动系统与之匹配。高转速的附件传动系统，不仅能够传递更大的功率，而且减轻发动机的重量，提高推重比。 首先，论文阐述了附件传动设计的基本方法，对航空附件传动系统的特点进行分析，研究了将起动传动系统与高转速附件传动系统联结成一个传动系统的结构设计方法，并阐明了实现这种设计的关键是高速斜撑超越离合器。论文分析了将起动传动系统与附件传动系统联结成一个传动系统的关键件——超越离合器的工作原理。滑油系统是航空发动机机械系统的重要组成部分。随着中国航空发动机的发展，对其滑油系统的研究逐步深入，在系统的设计原理“系统热分析”系统组成部件“润滑油”系统检测等几个方面正在从仿制走向自行研制的道路。对发动机滑油系统的发展现状进行了分类描述，总结了未来发动机研制滑油系统的发展方向。 关键词：航空发动机高速附件传动超越离合器润滑油系统

Abstract Modern aviation engine power and accessories speed increasing, need high speed matching accessories for transmission system. High speed transmission of attachment, not only can deliver more power, and reduce the weight of the engine, increase in esteem. First of all, the thesis expounds the attachment transmission design, the basic method to analyze the characteristics of aviation accessory drive system; Will start transmission system is studied with high speed accessory drive system connected into the structure of a drive system design method, and illustrates the key is to realize the design of high-speed sprang overrunning clutch. Papers will start transmission system are analyzed and the accessory drive system connected into a transmission key-module, overrunning clutch working principle; Lubricating oil system is an important part of mechanical aircraft engine! With the development of China's aviation engine, the lubricating oil system of research gradually thorough, the design principle of the system “system thermal analysis system" compo nents “lubricating oil" system test and so on several aspects are developed by from imitation to road! Development status of engine lubricating oil system are classified description, summarizes the development direction of engine lubricating oil system in the future。 Keywords: aero-engine, high-speed, Thehigh-speedtrans missionat tachment, Lubricating oil system

Q_320000 YLSY 004-2019全气动事故驱动系统

无锡市企业标准 Q/320000YLSY004-2019 全气动事故驱动系统 2019-12-12发布2019-12-12实施毅联实业无锡有限公司发布

目录 前言 (3) 1范围 (4) 2规范性引用文件 (4) 3型号与基本参数.....................................................................4-6 4技术要求..............................................................................6-7 5检验方法 (7) 6检验规则..............................................................................7-8 7标志、包装、运输及贮存 (8)

前言 本产品目前尚无国家标准和行业标准，为了保证产品质量，本公司特制定出本企业标准，作为组织生产和检验产品的依据，其中的各项技术要求将随企业的技术进步及产品的改进而修改。 本标准由毅联实业无锡有限公司提出。 本标准起草单位：毅联实业无锡有限公司。 本标准主要起草人：于传新

全气动事故驱动系统 1范围 本标准规定了全气动事故驱动系统的型号与基本参数、技术要求、检验标准、检验方法、检验规则、标志、包装包装、运输及贮存。 本标准适用于冶金生产设备技术领域中转炉倾动机、氧枪提升、副枪提升、顶枪提升、脱硫搅拌装置提升、钢包回转的全气动事故驱动系统（以下简称产品）。 2规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注明日期的版本适用于本文件。凡是不注明日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB11345-1989钢焊缝和超声波探伤方法和探伤结果分级 YB/T036.11-1992冶金设备制造通用技术条件焊接件 YB/T036.16-1992冶金设备制造通用技术条件热处理件 YB/T036.17-1992冶金设备制造通用技术条件机械加工件 YB/T036.18-1992冶金设备制造通用技术条件装配 YB/T036.19-1992冶金设备制造通用技术条件涂装 YB/T036.20-1992冶金设备制造通用技术条件管道与容器防锈 YB/T036.21-1992冶金设备制造通用技术条件包装 YBJ207-85冶金机械设备安装工程施工及验收规范液压、气动和润滑GB6067起重机械安全规程 GB/T13306标牌 3型号与基本参数 3.1产品型式 产品如图1所示，一种全气动事故驱动系统，包括气动马达3、气动离合器5、一次减速机7、主气控柜2、减速机4、气电双控制动器6及远程控制柜1，气动马达3的动力输出端与减速机4的动力输入端连接，减速机4的动力输出端与气动离合器5的动力输入端连接，气动离合器5的动力输出端与一次减速电机的一端输入高速轴连接，气电双控制动器6连接于一次减速机7的另一端输入高速轴与主驱动电机11之间，主气控柜2通过主气路8与气动马达3连接，主气控柜2通过两条控制气路9与气动离合器5及气电双控制动器6连接，远程控制柜1与主气控柜2通过气路连接。

气动人工肌肉

McKibben气动人工肌肉的测量和建模 Ching-Ping Chou and Blake Hannaford Member, ZEEE 摘要：本文报道了测量和建模McKibben人工肌肉气动执行机构。此装置，首先在1950年开发的，包含扩大管周围编织线。我们通过静态和动态长度张力的测试结果，得出一个线性模型。并将结果与人体的肌肉属性相比较，以评估是否适合人体肌肉仿真。McKibben执行器基于生物学的机器人手臂。 一、引言 McKibben气动人工肌肉的研究在1950年和1960年，主要是发达的假肢。他们最近被商业化的日本机器人应用普利司通橡胶公司的J.温特斯博士用来重 新设计建造生物力学逼真的骨骼模型。McKibben肌肉包括一个内部膀胱周围由编织网是连接外壳（具有灵活且不可扩展的线程）在两端的接头或一些类似肌腱的结构（图1（a）条）。当膀胱加压，高的高压气体推压其内表面上，并针对外部的外壳，且很容易增加其体积。由于纵向刚度非常高的编织网壳中的线程，执行器缩短根据它的容量的增加和/或，如果它产生张力被耦合到一个机械负载。这种物理配置导致McKibben本的肌肉有可变刚度春天的特性，非线性弹性被动，身体的柔韧性，和很轻的重量比其他种类的人工致动器[9]。 之间的关系紧张，长度，速度不同的激活是主要特征从类型区分。人骨骼肌也有其自己的特殊特性：例如，凸状主动张力长度关系[5]，非线性被动拉伸长度的关系，和双曲张力速度关系[11]。每个属性也是一个函数激活电平[14]，[18]，[19]。为了说明的相似性（或不）生物肌肉，三种类型的McKibben肌肉，两个普利司通设计者和博士共同进行了测试。另外，由于气动执行器，实验和建模简单的气动回路都包括在内。 在本文中，所有的实验，理论，建模，和模拟分为四个主要部分：准静态和动态拉伸长度的关系;第三节，气动回路;第四节，等距等渗实验和第五节，能源转换和效率估计。 第二节：1）一个理想化的静态McKibben的肌肉的物理模型进行分析一个简单的理论方法，2）动态试验机将描述;

气动技术概论

第1章气动技术概论 1.1 气动技术的应用范围 我们在日常工作和生活中经常见到各种机器，如汽车、电梯、机床等通常都是由原动机、传 动装置和工作机构三部分组成。其中传动装置最常见的类型有机械传动、电力传动和流体传动。 流体传动是以受压的流体为工作介质对能量进行转换、传递、控制和分配。它可以分为气压传动、 液压传动和液力传动。 气压传动技术简称“气动技术”，是一门涉及压缩空气流动规律的科学技术。气动技术不仅被用来完成简单的机械动作，而且在促进自动化的发展中起着极为重要的作用。 从50年代起，气动技术不仅用于做功，而且发展到检测和数据处理。传感器、过程控制器 和执行器的发展导致了气动控制系统的产生。近年来，随着电子技术、计算机与通信技术的 发展及各种气动组件的性价比进一步提高，气动控制系统的先进性与复杂性进一步发展，在 自动化控制领域起着越来越重要的作用。 气动技术可使气动执行组件依工作需要作直线运动、摆动和旋转运动。气动系统的工作介质是压缩空气。压缩空气的用途极其广泛,从用低压空气来测量人体眼球内部的液体压力、 气动机械手焊接到气动压力机和使混凝土粉碎的气钻等,几乎遍及各个领域。在工业中的典 型应用如下： 1)材料输送（夹紧、位移、定位 与定向）、分类、转动、包装与计量、排 列、打印与堆置； 2)机械加工（钻、车削、铣、锯、 成品精加工、成形加工、质量控制） 3)设备的控制、驱动、进给与压 力加工； 4)工件的点焊、铆接、喷漆、剪 切； 5)气动机器人； 6)牙钻。 图1.1所示的两条传送带的气动旋转分配装置，可通过气缸的伸缩使工件传输到相应的地方。 1.2 基本气动系统的组成 基本的气动系统如图1.2所示，它由压缩空气的产生和输送系统及压缩空气消耗系统二个主要部分组成。 一、压缩空气产生系统各组件及其主要功能 （一）压缩机：将大气压力的空气压缩并以较高的压力输给气动系统，把机械能 转变为气压能。 （二）电动机：把电能转变成机械能，给压缩机提供机械动力。 （三）压力开关：将储气罐内的压力转变为电信号，用来控制电动机。它被调节 到一个最高压力，达到这个压力就使电动机停止；也被调节另一个最低压力， 储气罐内压力跌到这个压力就重新激活电动机。 （四）单向阀：让压缩空气从压缩机进入气罐，当压缩机关闭时.阻止压缩空气反 方向流动。 （五）储气罐：贮存压缩空气。它的尺寸大小由压缩机的容量来决定，储气罐的 容积愈大，压缩机运行时间间隔就愈长。 （六）压力表：显示储气罐内的压力。 （七）自动排水器：无需人手操作，排掉凝结在储气罐内所有的水。 （八）安全阀：当储气罐内的压力超过允许限度，可将压缩空气溢出。 （九）冷冻式空气干燥器：将压缩空气冷却到零上若干度，使大部分空气中的湿气 凝结，以减少系统中的水份。

发动机传动系统及附件

动力传动系统及驱动附件AEB21.37 * 在发动机的运转转速范围内，动力传动系统必须避免扭振所引起的损坏。 * 用于机械变速箱的离合器，必须装有减震弹簧以控制传动部件的振动。 * 如果传动系统安装有高转动惯量的附件，如大型吹风机或泵，则传动系统必须进行扭振分析与/或试验，以避免由于扭振所造成的损坏。 * 发动机曲轴前端所驱动的任何附件所消耗的功率，不得超过发动机技术参数表的限值要求，曲轴后端所驱动附件的功率限值参见AEB 140.08有关REPTO的要求。 * 如曲轴后端驱动有高转动惯量的附件，则必须安装适当的联轴器且应符合AEB140.08的要求。 * 发动机飞轮的选择，必须与离合器减震弹簧及其摩擦介质相匹配。 * 如果使用超速传动变速箱，则传动轴及其长度限值必须符合AEB140.16的要求。 * 对于安装于发动机与变速箱之间的变扭器，必须得到康明斯及变速箱生产者的认可。 * 动力传动系统不得向发动机曲轴施加静的轴向负荷。 * 施加于曲轴的动态轴向负荷，不得超过发动机技术参数表中关于最大持续及最大间歇轴向负荷限值的要求。 * 发动机机械驱动选件所驱动的任何附件所需的功率及扭矩，均不应超过康明斯选件手册中该选件所规定的限值。 * 任何发动机所驱动的附件，当其施加于发动机齿轮室的弯矩超过推荐的限值时，则应安装适当的支撑。 起动及电器系统AEB21.35 * 电瓶的冷起动电流CCA 及储备能力RC ，应满足发动机技术参数表中的最低要求。 * 起动电路的电阻，不能超过发动机技术参数表中的限值。 * 处于电瓶与起动马达线圈间的起动线圈控制电路的电阻，对于12V电器系统，其值不应超过0.010欧姆，对于24V系统，不应超过0.033欧姆。 * 起动马达继电器的安装，应使其柱塞轴与地面平行，并与车辆运动方向垂直，

气压传动系统的基本组成

第三章气动传动系统的基本组成【课程性质】 理论课 【教学目标】 1、掌握气压传动的工作就原理及组成 2、了解气压传动的特点 【教学重点】 掌握气压传动的工作就原理及组成 【教学难点】 掌握气压传动的工作就原理及组成 【教学课时】 4课时 【教学策略】 采用多媒体动画的教学方式，进行直观教学 【教学方法】 讲授法，多媒体教学法 【教学过程】 环节教学内容师生互动设计意图 导入 一、气压传动及其应用 气压传动简称气动，是指以压缩空气为工作介质来传递动力和控制信号，控制和驱动各种机械和设备，以实现生产过程机械化、自动化的一门技术。因为以压缩空气为工作介质具有防火、防爆、防电磁干扰，抗振动、冲击、辐射，无污染，结构简单，工作可靠等特点，所以气动技术与液压、机械、电气和电子技术一起，互相补充，已发展成为实现生产过程自动化的一个重要手段，在机械工业、冶金工业、轻纺食品工业、化工、交通运输、航空航天、国防建设等各个部门已得到广泛的应用。

新课 新课 二、气压传动系统的工作原理 气压传动系统的工作原理是利用空气压缩 机将电动机或其它原动机输出的机械能转变为 空气的压力能，然后在控制元件的控制和辅助元 件的配合下，通过执行元件把空气的压力能转变 为机械能，从而完成直线或回转运动并对外作 功。 三、气压传动系统的组成 典型的气压传动系统，一般由以下部分组成： 1 气压发生装置它原动机输出的机械能转变为空气 的压力能。其主要设备是空气压缩机。 2．控制元件是用来控制压缩空气的压力、流量和流 动方向，以保证执行元件具有一定的输出力和速度，并 按设计的程序正常工作。如压力阀、流量阀、方向阀和 逻辑阀等。 3．执行元件是将空气的压力能转变为机械能的能量 转换装置 四、气压传动的特点 1. 空气随处可取，取之不尽，节省了购买、贮存、 运输介质的费用和麻烦；用后的空气直接排入大气，对 环境无污染，处理方便，不必设置回收管路，因而也不 存在介质变质、补充和更换等问题。 2. 因空气粘度小（约为液压油的万分之一），在 管内流动阻力小，压力损失小，便于集中供气和远距离 输送。即使有泄漏，也不会像液压油一样污染环境。 3. 与液压相比，气动反应快，动作迅速，维护简 单，管路不易堵塞。 4. 气动元件结构简单，制造容易，适于标准化、 系列化、通用化。 气源装置的组成和布置示意图 1—空气压缩机2—后冷却器 3—油水分离器 4、7—贮气罐5—干燥器6— 过滤器8—加热器9—四通阀 图中，1为空气压缩机，用以 产生压缩空气，一般由电动机带 动。其吸气口装有空气过滤器， 以减少进入空气压缩机内气体的 杂质量。2为后冷却器，用以降温 冷却压缩空气，使气化的水、油 凝结起来。3为油水分离器，用以 分离并排出降温冷却凝结的水 滴、油滴、杂质等。4为贮气罐， 用以贮存压缩空气，稳定压缩空 气的压力，并除去部分油分和水 分。5为干燥器，用以进一步吸收 或排除压缩空气中的水分及油 分，使之变成干燥空气。6为过滤 器，用以进一步过滤压缩空气中 的灰尘、杂质颗粒。7为贮气罐。 贮气罐4输出的压缩空气可用于 一般要求的气压传动系统，贮气 罐7输出的压缩空气可用于要求 较高的气动系统（如气动仪表及

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目录 前言 (1) 第一章绪论 (2) 1.1课题项目的背景 (2) 1.2气动人工肌肉多关节手指的国内外发展现状 (2) 1.3气动技术的介绍以及发展前景 (4) 1.4论文研究的内容和方法 (6) 第二章多关节手指的结构设计及建模 (7) 2.1 气动肌肉的介绍 (7) 2.1.1 气动肌肉的内部结构 (7) 2.2 气动机械手指的基本结构 (9) 2.2.1 绘图软件SoildWorks介绍 (9) 2.2.2 整体设计方案的设计 (9) 2.2.3 手指的关节设计 (10) 2.2.4手指关节的建模 (13) 2.3 灵巧手指的装配和三维模型的导出 (15) 第三章多关节手指的动力学仿真分析 (16) 3.1仿真软件ADAMS和MATLAB简介 (16) 3.2 动力学仿真过程介绍 (18) 3.2.1 ADAMS参数设置过程 (18) 3.2.2 建立MATLAB控制模型 (27) 3.3 动力学仿真结果分析以及结论 (29) 第四章气动肌肉灵巧手指的控制系统设计 (31) 4.1气动肌肉回路原理和设计 (31) 4.1.1气动回路器件的选择 (32) 4.2灵巧手指的关节控制系统 (34) 4.2.1控制系统的原理 (34)

4.2.2控制系统的硬件选择 (35) 4.3 D/A控制界面的设计和程序的编写 (36) |第五章结论及总结 (41) 参考文献 (42) 致谢 (44)

气动人工肌肉在仿生机器人中的应用技术技术

气动人工肌肉在仿生机器人中的应用技术（技术） 成果简介：气动人工肌肉驱动器具有较强的柔性及仿生性，其高功率/质量比的特点使之在仿人机器人技术领域中具有无可比拟的优势。对气动人工肌肉的静、动态特性深入进行了建模与实验研究，进行了气动人工肌肉驱动的关节特性分析及位置控制研究。分别研制出气动人工肌肉驱动的仿人灵巧手，以及十四自由度双臂机器人，通过简单的材料制作出性能优异的气动人工肌肉，辅之模糊自适应控制、协调控制等高精度气动伺服控制技术，实现了灵巧手基于数据手套的主从抓持操作、机械臂自动驾驶方向盘等动作。该研究为气动人工肌肉的广泛应用奠定了坚实的理论与工程基础。 项目来源：国家自然科学基金项目 技术领域：新型驱动器，仿人机器人 应用范围：低成本研究性仿人机器人；医疗护理性机器人；家政服务型机器人；空间探索性抓持器。 技术特点：以仿人五指灵巧手骨架为核心，气动人工肌肉驱动，柔索传动。 由一对肌肉驱动一个手指关节，高响应压电比例阀控制气动人工肌肉的内部压力，从而改变肌肉的收缩长度及输出力，最终控制关节角度的变化。采用模糊PID对单关节进行控制，关节空间的轨迹规划来自人手佩戴的数据手套的反馈信息，由此构成实时主从控制效果。灵巧手的外观具有很好的仿人性，亲和力较强，在主从控制下可以完成各种手势运动及简单的抓持操作。双臂机器人采用对称式结构设计，每个手臂均具有七个自由度，其中肩关节有三个自由度，肘关节有两个自由度，腕关节亦有两个自由度。单臂控制器由带重力补偿器和摩擦力补偿器的模糊自适应PID控制，最大的跟踪误差小于 0.08rad。双臂协调控制，即在双臂控制回路之间插入动态模糊协调控制器， 通过对比双臂对应关节的角位移误差大小，按一定模糊规则对各控制量进行补偿。 技术创新：1) 低成本气动人工肌肉的研制；2) 十七自由度仿人灵巧手的研制；3）十四自由度双臂机器人的研制；4）基于数据手套的灵巧手主从控制； 5）双臂机器人的协调控制。 所在阶段：样机 成果知识产权：1）发明专利“一种气动人工肌肉”，公开号CN101306535；2）发明专利“气动人工肌肉驱动的仿人灵巧手结构”，公开号：CN101045300。

基于气动肌肉驱动的飞行蝠鲼设计

名称：基于气动肌肉驱动的飞行蝠鲼设计 创新点： 1、仿生学设计：通过对鱼类蝠鲼水下一种具有特殊运动模式——大胸鳍拍动驱动的的研究， 鱼飞翔在天空是一种让人耳目一新的设计，它既不是扑翼驱动的飞鸟机器人（电机驱动、拍动频率较高、扑翼分段通过铰链连接），也非单纯的飞艇通过氦气充气产生浮力、通过尾部风扇和舵面控制飞行姿态，飞行蝠鲼同时具有这两种运动模式的优点。 2、使用清洁无污染能源：使用气动这种清洁高效的新颖驱动方式替代传统马达、舵机驱动， 能源使用效率高。 3、实现无动力自主悬浮：使用轻木、碳纤维制作飞行蝠鲼的主体骨架，外表为塑料弹性密 封蒙皮，整机分为主机体、左右胸鳍和尾鳍四部分，分部分充入等压氦气，以保证飞行蝠鲼可以自主漂浮在空气中。 4、采用新型动力结构：在飞行蝠鲼的动力部分，胸鳍和尾鳍内部按照真实鱼类拍动鱼鳍的 肌肉作用方向和力量排布相应数量的气动肌肉，使用微型气泵对左右胸鳍和尾鳍按照一定控制指令充入、排出空气，以实现肌肉的拉伸和收缩，通过合理排布的肌肉布局来实现鱼鳍上下拍动和前后卷曲的复杂动作。 5、整机综合性能优良：放弃传统电动和油动小型飞行器的动力系统，飞行蝠鲼几乎达到了 零排放、零污染、零噪声，飞行平稳性非常高，速度不高，但空中机动性能较好，非常适合用做长航时的航拍、侦查和物资投放。 实用性： 1、本飞行器属于浮空飞行器范畴。飞行非常平稳，较垂直方向上尺寸较大的飞艇，其气动 布局更符合流体力学的相关规律，在无动力悬浮空气的情况下，如果有近水平方向气流，可自然产生部分升力，也可通过尾鳍轻松调整飞行蝠鲼的俯仰姿态进而改变其运动轨迹。 2、由于在保证机体采用分段密封的方法，密封效果良好，可在近地或高空长时间低速巡航

主轴驱动系统和主轴电机发展趋势

主轴驱动系统和主轴电机发展趋势 050810133 李阳阳数控机床主轴驱动系统作为机床的最核心的关键部件之一，其输出性能对数控机床的整体水平是至关重要的。主轴驱动远不同于一般工业驱动，它不但要求较高的速度精度，动态刚度，而且要求连续输出的高转矩能力和非常宽的恒功率运行范围。目前，各主要机床生产厂家和研究单位纷纷把目光投向交流主轴驱动系统。随着功率电子，计算机技术，控制理论，新材料和电机设计的进一步发展和完善，矢量控制交流电机主轴驱动系统的性能已经达到甚至超过了直流主轴驱动系统。交流主轴驱动系统正在逐步取代直流系统。 1交流主轴驱动系统发展趋势 交流主轴驱动系统的逆变器一般基于矢量控制原理，采用正弦波宽调制方式，功率器件采用ICBT。根据电机类型可分为感应电机主轴驱动系统，永磁同步电机主轴驱动系统，开头磁阻电机主轴驱动系统。 1.1 感应电机交流主轴驱动系统 感应电机交流主轴驱动系统是当前商用主轴驱动系统的主流，其功率范围为从零点几个千瓦到几百千瓦，广泛应用于各种数控机床上。 感应主轴电机基速以上的放展运动范围可以通过弱磁控制实现。其恒功率运动范围可达1:5.如果采用最新的绕组切换技术，其恒功率运动范围可达1:14.甚至更宽。目前，感应主轴电机最高转速可达100000r/min以上。尽管感应主轴电机结构相对简单，但其变频控制器价格却较高。而采用了磁场定向控制技术的变频器能提供连续的转矩/速度调节能力，较高的精度，运行可行性和较低的运行费用，因而在一定程度上抵消了整个系统的初始高价格。 感应式主轴电机的控制无一例外地采用磁场定向技术。该技术又分为间接磁场定向和直接磁场定向两种实现方式，其中间接转子磁场定向控制技术由于较容易实现而被广为应用。它能提供较高的控制品质，但这种技术过分依赖于电机的参数，当参数变化时，控制性能将严重下降，遗憾的是，在电机运行过程中，转子时间常数可以在400%的范围以内变化，因此现代主轴控制器均采用辨识，估算和自整定技术对参数变化在线补偿。这项技术另一个难题是随着电机速度要求越来越高，在恒功率弱磁运行时，当转子磁场发生变化，而滑查增益无法动态补偿时，将引起磁通和转矩的振荡。近年来，随着自适应观测器和微处理器性能的提高，直接磁场定向控制技术在主轴驱动中有取代间接磁场定向之势。 1.2 永磁交流主轴驱动系统 永磁交流主轴电机分为正弦波驱动主轴电机和方波驱动直流主轴电机。此类主轴电机以转子无功耗，高效率和高功率/转矩密度著称。其低速运行时可获得更大的功率和转矩，因此在同步攻丝时的伺服锁定运行和快速定向方面有较大的优势。一般永磁主轴电机功率在10千瓦以下，速度低于8000r/min。但目前转速在20000-30000r/min之间，功率超过10千瓦的主轴电机已经在制造。永磁主轴电机在转子上不存在发热元件，显著提高了电机效率，同时高效铁硼材料的应用，使得永磁主轴电机在所有形式的交流主轴电机中具有最高的效率和最小的体积。ＰＭＳＭ和ＢＤＣＭ电机均可运行于高速范围。但调磁范围受到一定的限制，使得速度不能很高。在控制策略方面，ＰＭＳＭ电机的定子绕组经特殊绕制后将产生正弦反电势，当绕组通入正弦电流后，便可以获得恒定的转矩。但是磁场定

气动人工肌肉驱动仿人灵巧手的结构设计_彭光正

第26卷　第7期2006年7月北京理工大学学报 T ransactions of Beijing Institute of T echnolog y Vol .26　No .7Jul .2006 文章编号:1001-0645(2006)07-0593-05 气动人工肌肉驱动仿人灵巧手的结构设计 彭光正,　余麟,　刘昊 (北京理工大学信息科学技术学院自动控制系,北京　100081) 摘　要:研究一种气动人工肌肉驱动的多指仿人灵巧手的结构设计.通过分析正常人体解剖学,针对人类手掌的外形结构、驱动形式及运动规则,设计了一种5指仿人灵巧手.该灵巧手有5个手指、19个自由度,在外观和功能上与人手接近;手指采用气动人工肌肉驱动,以柔索传动.实验结果表明,该仿人灵巧手具有很好的柔顺性,并且整体外形和手指关节的运动范围均能达到拟人的效果.关键词:灵巧手;人工肌肉;仿生学中图分类号:T P 242 文献标识码:A Structural Design of a Dexterous Hand Actuated by Pneumatic Artificial Muscle PENG Guang -zheng ,　YU Lin ,　LIU H ao (Department of Automatic Control ,School of Info rma tio n Science and T echnology ,Beijing I nstitute of Technology ,Beijing 100081,China ) A bstract :A structural devise of a dexterous hand w ith multi -fingers driven by pneumatic artifical mus -cle is introduced .By studying the shape ,structure ,driving -model and the rules of movement of hu -man hand from anthropotomy ,a dex terous hand close to a hum an hand in structure and functions w ith 5fingers and 19DOFs is desig ned .Ex peimental results show that the adoption of pneumatic artifical muscle and artifical tendons makes it mo re flexible .Besides ,this so rt of dex terous hand can match up w ith the effect of personification both in ex ternal shape and the range of movement .Key words :dexterous hand ;pneumatic artificial muscle ;bionics 收稿日期:20051229 基金项目:国家自然科学基金资助项目(50475163)作者简介:彭光正(1964-),男,教授,博士生导师,E -mail :s mcpeng @bit .edu .cn . 机器人灵巧手是一个高度集成化的机电系统,涉及机械、电子、计算机、控制等多个学科领域.20世纪80年代以来,由于气动人工肌肉技术的发展,将气动人工肌肉作为机器人的驱动装置越来越受到研究者的注意,具有代表性的是英国Shadow 公司研制的人工肌肉驱动的人工假肢[1].将人工肌肉运用于灵巧手的设计,可以使灵巧手更接近于人手. 在国家自然科学基金资助下,作者对人工肌肉 驱动特性做了大量的研究工作,设计出了气动人工肌肉驱动的仿人灵巧手,并对气动肌肉手指关节做 了实验. 1　仿人灵巧手驱动的选择 驱动系统是机器人灵巧手的重要组成部分,用以产生运动和力,对系统的性能和操作能力具有决定性的作用.

气压传动系统的工作原理及组成

气压传动系统的工作原理及组成 一、气压传动系统的工作原理 气压系统的工作原理是利用空气压缩机将电动机或其它原动机输出的机械能转变为空气的压力能，然后在控制元件的控制和辅助元件的配合下，通过执行元件把空气的压力能转变为机械能，从而完成直线或回转运动并对外作功。二、气压传动系统的组成 典型的气压传动系统，如图10.1.1所示。一般由以下四部分组成： 1．发生装置它将原动机输出的机械能转变为空气的压力能。其主要设备是空气压缩机。2．控制元件是用来控制压缩空气的压力、流量和流动发向，以保证执行元件具有一定的输出力和速度并按设计的程序正常工作。如压力阀、流量阀、方向阀和逻辑阀等。 3．控制元件是将空气的压力能转变成为机械能的能量转换装置。如气缸和气马达。4．辅助元件是用于辅助保证空气系统正常工作的一些装置。如过滤器、干燥器、空气过滤器、消声器和油雾器等。 10.2 气压传动的特点一 气压传动的优点 1. 以空气为工作介质，来源方便，用后排气处理简单，不污染环境。 2. 由于空气流动损失小，压缩空气可集中供气，远距离输送。 3. 与液压传动相比，启动动作迅速、反应快、维修简单、管路不易堵塞，且不存在介质变质、补充和更换等问题。 4. 工作环境适应性好，可安全可靠地应用于易燃易爆场所。 5. 气动装置结构简单、轻便、安装维护简单。压力等级低，固使用安全。 6. 空气具有可压缩性，气动系统能够实现过载自动保护。 二、气压传动的特点

1. 由于空气有可压缩性，所以气缸的动作速度易受负载影响。 2. 工作压力较低（一般为0.4Mpa-0.8Mpa），因而气动系统输出力较小。 3. 气动系统有较大的排气噪声。 4. 工作介质空气本身没有润滑性，需另加装置进行给油润滑。 换向阀是利用阀芯与阀体之间的相对运动来变换液流的流动方向，接通或切断油路的液压元件。 换向阀种类很多，是液压系统中用量最大的一种阀类，其品种，名称也比较多，一般可按下列方法分类。 1、按换向阀的结构形式可分为：滑阀式、转阀式、球阀式和锥阀式。 2、按换向阀的操纵方式可分为：手动换向阀、机动换向阀、电磁换向阀、液动换向阀、电液动换向阀和气动换向阀。 3、按换向阀阀芯工作位置和进出口通路数可以分为：二位二通阀、二位三通阀、二位四通阀、三位四通阀和三位五通阀等。

北京理工大学科技成果——气动人工肌肉在仿生机器人中的应用技术

北京理工大学科技成果——气动人工肌肉在仿生机 器人中的应用技术 成果简介 气动人工肌肉驱动器具有较强的柔性及仿生性，其高功率/质量比的特点使之在仿人机器人技术领域中具有无可比拟的优势。对气动人工肌肉的静、动态特性深入进行了建模与实验研究，进行了气动人工肌肉驱动的关节特性分析及位置控制研究。 分别研制出气动人工肌肉驱动的仿人灵巧手，以及十四自由度双臂机器人，通过简单的材料制作出性能优异的气动人工肌肉，辅之模糊自适应控制、协调控制等高精度气动伺服控制技术，实现了灵巧手基于数据手套的主从抓持操作、机械臂自动驾驶方向盘等动作。该研究为气动人工肌肉的广泛应用奠定了坚实的理论与工程基础。 气动人工肌肉（左）和仿人灵巧手（右） 项目来源国家自然科学基金项目 技术领域新型驱动器，仿人机器人 应用范围低成本研究性仿人机器人；医疗护理性机器人；家政服务型机器人；空间探索性抓持器。

技术特点 以仿人五指灵巧手骨架为核心，气动人工肌肉驱动，柔索传动。由一对肌肉驱动一个手指关节，高响应压电比例阀控制气动人工肌肉的内部压力，从而改变肌肉的收缩长度及输出力，最终控制关节角度的变化。采用模糊PID对单关节进行控制，关节空间的轨迹规划来自人手佩戴的数据手套的反馈信息，由此构成实时主从控制效果。灵巧手的外观具有很好的仿人性，亲和力较强，在主从控制下可以完成各种手势运动及简单的抓持操作。 双臂机器人采用对称式结构设计，每个手臂均具有七个自由度，其中肩关节有三个自由度，肘关节有两个自由度，腕关节亦有两个自由度。单臂控制器由带重力补偿器和摩擦力补偿器的模糊自适应PID 控制，最大的跟踪误差小于0.08rad。双臂协调控制，即在双臂控制回路之间插入动态模糊协调控制器，通过对比双臂对应关节的角位移误差大小，按一定模糊规则对各控制量进行补偿。 双臂机器人 技术创新 低成本气动人工肌肉的研制，十七自由度仿人灵巧手的研制，十

电气、液压或气动驱动的选择

电气、液压或气动驱动的选择 电动驱动 用电动驱动，电能被转化成机械动能。在电动马达中，磁场在转子和定子中相互作用；当它们试着将自己与对方相互对齐产生了转矩，创造了运动。电动驱动的“精确的手”和马达是非常适合提供高速和精确性的理想选择。 在直流电机中，直流线圈或永久磁铁在定子中产生一个固定磁场。为了提供最大的扭矩，线圈卷绕在转子上并连接在一起，这样转子磁场是垂直于定子磁场的。直流电机的速度和功率可以非常有效地被控制，但在这类马达中需要切换电流的碳刷会受到磨损和撕裂。 一个同步电机采用三相绕组配置一个线路。三个相移的电流产生旋转磁场。由于转子具有固定的磁场，它只能在一个同步的速度上开展有效的扭矩。伴随现代电流转换器，直流电机可以控制同步电机，且没有任何损件。同步电机具有90%以上的优秀运营效率，但需要复杂的电子监管系统和昂贵的永久磁铁。 异步电机也配备了定子生成旋转磁场匝，但是带有鼠笼式绕组。当转子不同步后，感应电流抵消磁场的变化。连同定子的磁场，这会产生拉动转子的转矩。异步电机的优点是比较便宜，但是由于电流通过转子会产生热量，电机的效率水平较低。 液压驱动 液压驱动，流体加压至气缸内的移动活塞。体积流量由泵提供。根据所需要的力来移动载荷，相应的压力由流体产生，并且由泵抵消这种压力。在旋转驱动中，液压马达取代线性力传递扭矩。 具有可调泵功能，推动活塞或转向液压马达的静液压驱动，是多年来发展非常有效的。然而，当外部力量变化时，该系统的速度变得不同，这样就没有简单的方法来保持同一位置。因此，泵和汽缸之间的距离需要尽可能短。 在次级控制驱动中，电机，而不是泵，是被限制的。不同的转矩使液压驱动迅速适应应力的变化。这种高效技术可以调节速度、转矩和位置。然而，构建驱动器是昂贵的，快速适应性要由用户提供特殊的机器需要，如同测试床制造商。 带阀门控制的驱动在移动设备中的液压系统中是常见的。只有一部分液压生成的能量通过阀门产生。未使用的部分转化为热能。阀门控制驱动是非常准确的，具有良好的控制性，但效率较低。负荷传感技术可以提高效率，以便只有需要的压力的时候实际上提供能量。 气动驱动 气动驱动，空气被压缩，气缸、马达或其他装置里存储的能量转化为机械能。然而，在工业应用中当能量要求不高时，使用压缩空气是唯一符合成本效益的。气动的“敏捷手指”被应用于短距离高速移动较小的物体，比如夹紧、运输、拧紧螺钉以及其他工业、贸易或医疗任务中。 气动驱动系统包括三个子系统：空气压缩和处理；控制（通过阀门）；输出驱动（缸或电机）。这些组件在操作过程中很少需要维护，这样使用寿命就会延长。压缩空气是很容易获得的，也不会带来任何火灾或爆炸危险。然而，生产和准备压缩空气会是很昂贵的，并且排气的刺耳噪音必须得压制住。优势是压缩空气对温度的变化不敏感。如果出现泄漏，也不会影响机器的安全，也不污染环境。在广泛的范围内，致动器速度和力度是可以控制简单的，但可能很难实现恒定和均匀的活塞速度。

气动机械手驱动系统设计

第一章绪论 1.1预测控制概述 机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。气动系统以其价廉、简单、抗污染能力强等特点，在工业自动化中得到愈来愈广泛的应用。气动伺服控制技术作为一种自动控制手段，在众多的工业领域中已经成功的获得了应用。本文在对气动位置伺服系统的特性进行研究的基础上，通过对控制策略的理论和实验研究，实现了气动位置伺服系统的高精度控制。气缸的摩擦力和阀的质量流量特性是影响气动位置控制系统的主要因素。 本文首先对气缸的动静态特性进行了理论分析，通过实验来建立气缸的摩擦力、比例流量阀流量特性近似的数学模型，对电气机械手位置控制系统建立了非线性数学模型，并通过计算机仿真技术对系统特性进行研究，讨论了系统参数对系统性能的影响，得出系统对阶跃信号、方波信号等的响应特性。在此基础上，对气动位置伺服系统进行了相应的控制策略研究。由于系统具有严重非线性，经典控制方法(如PID控制)很难获得良好的控制效果，不适合于控制对象参数变化、非线性程度大等场合。神经网络具有很强的逼近非线性曲线的能力和泛化能力，即非线性映射能力。本文利用神经网络的学习功能，在线调整参数，抑制因参数变化对系统稳定性造成影响，成功设计出神经网络模型参考自适应控制器，并进行了仿真和实验研究。 结果表明，同PID控制相比，本文所提出的控制策略能明显改善系统的动态性能。最后，设计并建立了气缸的性能检测系统以及气动位置伺服控制系统，编制出计算机辅助测试软件和系统控制软件，对气动位置伺服系统的控制性能进行了实验研究。它是在早期出现的古代机器人基础上发展起来的，机械手研究始于20世纪中期，随着计算机和自动化技术的发展，特别是1946年第一台数字电子计算机问世以来，计算机取得了惊人的进步，向高速度、大容量、低价格的方向发展。同时，大批量生产的迫切需求推动了自动化技术的进展，又为机器人的开发奠定了基础。另一方面，核能技术的研究要求某些操作机械代替人处理放射性物质。在这一需求背景下，美国于1947年开发了遥控机械手，1948年又开发

基于气动人工肌肉驱动的多关节机械手指动力学仿真

基于气动人工肌肉驱动的多关节机械手指动力学仿真

南京工程学院 毕业设计说明书(论文) 作者：刘卫学号：201110815 系部：机械工程学院 专业：机械电子工程 题目：基于气动人工肌肉驱动的多关节机械手指动 力学仿真 指导者：闫华副教授 评阅者： 2015 年 5 月南京

毕业设计说明书（论文）中文摘要 由于气动人工肌肉比重小、结构紧凑，占用空间小等优点，本文提出一种曲柄滑块机构来驱动手指弯曲，让气动人工肌肉驱动滑块运动，首先设计气动肌肉手指关节结构，并用SolidWorks绘制手指的三维图，利用ADAMS和MATLAB 进行动力学联合仿真，在手指端设置一定的负载，输入手指三个关节的直线驱动，观察手指末端的角速度变化和三个驱动力的变化，最后根据气动肌肉的驱动原理进行了气动肌肉灵巧手关节运动的控制研究，利用比例压力阀对气动肌肉压力进行控制，使气动肌肉横向收缩带动滑动移动，从而实现对手指关节弯曲角度的控制。 关键词：仿人灵巧手；关节设计；气动肌肉；动力学仿真

毕业设计说明书（论文）外文摘要

目录 前言 (1) 第一章绪论 (2) 1.1课题项目的背景 (2) 1.2气动人工肌肉多关节手指的国内外发展现状 (2) 1.3气动技术的介绍以及发展前景 (4) 1.4论文研究的内容和方法 (6) 第二章多关节手指的结构设计及建模 (7) 2.1 气动肌肉的介绍 (7) 2.1.1 气动肌肉的内部结构 (7) 2.2 气动机械手指的基本结构 (9) 2.2.1 绘图软件SoildWorks介绍 (9) 2.2.2 整体设计方案的设计 (9) 2.2.3 手指的关节设计 (10) 2.2.4手指关节的建模 (13) 2.3 灵巧手指的装配和三维模型的导出 (15) 第三章多关节手指的动力学仿真分析 (16) 3.1仿真软件ADAMS和MATLAB简介 (16) 3.2 动力学仿真过程介绍 (18) 3.2.1 ADAMS参数设置过程 (18) 3.2.2 建立MATLAB控制模型 (27) 3.3 动力学仿真结果分析以及结论 (29) 第四章气动肌肉灵巧手指的控制系统设计 (31) 4.1气动肌肉回路原理和设计 (31) 4.1.1气动回路器件的选择 (32) 4.2灵巧手指的关节控制系统 (34) 4.2.1控制系统的原理 (34)

气动系统简介

气压传动与控制 题目： 院系： 班级： 姓名：精品文档，超值下载 学号： 指导教师： 时间：

摘要：本文对气动系统进行了简要介绍，分别从气动系统的组成，特点，应用领域和发展趋势进行了阐述和介绍，重点阐明了气压传动系统与液压传动系统的区别。 关键字：气压传动液压传动系统组成应用领域发展趋势 1.气动技术的概述 1.1气动技术的概念及发展历史 气动技术是指以压缩空气为动力源，进行能量传递或信号传递的工程技术实现各种生产控制自动化的一门技术，是实现各种生产控制、自动控制的重要手段。在人类追求与自然界和平共处的今天,研究并大力发展气压传动,对于全球环境与资源保护有着相当特殊的意义。随着工业机械化和自动化的发展,气动技术越来越广泛地应用于各个领域里。特别是成本低廉、结构简单的气动自动装置已得到了广泛的普及与应用,在工业企业自动化中具有非常重要的地位。有人曾指出：气动就是自动化，尽管有些夸张，但至少表明气动技术已被广泛地应用于工业自动化的各个领域中。 气动技术的发展历史十分悠久。早在公元前,埃及人就开始利用风箱产生压缩空气用于助燃。后来,人们懂得用空气作为工作介质传递动力做功,如古代利用自然风力推动风车、带动水车提水灌溉、利用风能航海。从18世纪的产业革命开始,气压传动逐渐被应用于各类行业中,如矿山用的风钻、火车的刹车装置、汽车的自动开关门等。而气压传动应用于一般工业中的自动化、省力化则是近些年的事情。目前世界各国都把气压传动作为一种低成本的工业自动化手段应用于工业领域。国内外自20世纪60年代以来,随着工业机械化和自动化的发展,气动技术越来越广泛地应用于各个领域里。目前气压传动元件的发展速度已超过了液压元件,气压传动已成为一个独立的专门技术领域。 1.2气动系统的组成 典型的气动系统是由气压发生器、传动介质、控制元件、执行元件和辅助元