McKibben型气动人工肌肉研究进展与趋势

未来液压与气动技术的发展趋势

未来液压与气动技术的发展趋势 摘要：本文对液压与气动技术的当前现状作了说明，积极主动提倡自主创新，发挥中国液压与气动行业的优势如何抓住液压与气动技术发展趋势等问题提出的一些方法和建议。 一液压技术 前言：液压传动由于应用了电子技术、计算机技术、信息技术、自动控制技术、摩擦磨损技术及新工艺、新材料等后取得了新的发展,使液压系统和元件在水平上有很大提高.它已成为工业机械、工程建设机械及国防尖端产品不可缺少的重要手段.是它们向自动化、高精度、高效率、高速化、高功率密度(小型化、轻量化)方向发展,不断提高它和电机械传动竞争能力的关键技术.为了保持现有势头,必需重视液压传动固有缺点的不断改进和更新,走向二十一世纪的液压传动不可能有惊人的突破,除不断改进现有液压技术外,最重要的是移植现有的先进技术,使液压传动创造新的活力,以满足未来发展的需要 1液压技术渗透到很多领域，不断在民用工业、在机床、工程机械、冶金机械、塑料机械、农林机械、汽车、船舶等行业得到大幅度的应用和发展，而且发展成为包括传动、控制和检测在内的一门完整的自动化技术。现今，采用液压传动的程度已成为衡量一个国家工业水平的重要标志之一。如发达国家生产的95%的工程机械、90%的数控加工中心、95%以上的自动线都采用了液压传动技术。近年来，我国液压气动密封行业坚持技术进步，加快新产品开发，取得良好成效，涌现出一批各具特色的高新技术产品。北京机床所的直动式电液伺服阀、杭州精工液压机电公司的低噪声比例溢流阀（拥有专利）、宁波华液公司的电液比例压力流量阀（已申请专利），均为机电一体化的高新技术产品，并已投入批量生产，取得了较好的经济效益。北京华德液压集团公司的恒功率变量柱塞泵，填补了国内大排量柱塞泵的空白，适用于冶金、锻压、矿山等大型成套设备的配套。天津特精液压股份有限公司的三种齿轮泵，具有结构新颖、体积小、耐高压、噪声低、性能指标先进等特点。榆次液压件有限公司的高性能组合齿轮泵，可广泛用于工程、冶金、矿山机械等领域。另外，还有广东广液公司的高压高性能叶片泵、宁波永华公司的超高压软管总成、无锡气动技术研究所有限公司为各种自控设备配套的WPI新型气缸系列都是很有特色的新产品。由此可见液压传动产品等在国民经济和国防建设中的地位和作用十分重要。它的发展决定了机电产品性能的提高。它不仅能最大限度满足机电产品实现功能多样化的必要条件，也是完成重大工程项目、重大技术装备的基本保证，更是机电产品和重大工程项目和装备可靠性的保证。所以说液压传动产品的发展是实现生产过程自动化、尤其是工业自动化不可缺少的重要手段。现在世界各国都重视发展基础产品。近年来，国外液压技术由于广泛应用了高新技术成果，使基础产品在水平、品种及扩展应用领域方面都有很大提高和发展 2但目前国内的需求和国外先进水平相比还有较大差距。包括产品趋同化、构成不合理，性能低、可靠性差，创新和自我开发能力弱，自行设计水平低。具体表现在产品水平、产品体系与市场需求存在较大的结构性矛盾。中国的液压市场很大，用户对产品的要求各异，各种高品质、高性能的液压元件市场需求量很大。而大部分国内企业所能提供的产品，无论在档次上还是种类上，都还远远不能满足这些需求。因此，在众多低档产品压价竞争的同时，不得不让出一块巨大

液压与气动技术发展简史感悟

液压与气动技术发展简史感悟 通过在网上和图书馆查询各种资料，我了解到液压与气动技术相对机械传动来说是一门新兴技术。液压与气动技术就是也要传动和其他传动，统称为流体传动，是根据17世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原来而发展起来的一门新兴技术。1795年，英国约瑟夫·布拉曼在伦敦用水作为工作介质，以水压机的形式将其应用于工业上，诞生了世界上第一台水压机。但液压与气动技术在工业上被广泛采用和有较大幅度的发展是20世纪中期以后的事情。 液压传动中所需要的元件主要有动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件等。其中液压动力元件是为液压系统产生动力的部件，主要包括各种液压泵。液压执行元件是用来执行将液压泵提供的液压能转变成机械能的装置，主要包括液压缸和液压马达。液压控制元件用来控制液体流动的方向、压力的高低以及对流量的大小进行预期的控制，以满足特定的工作要求。正是因为液压控制元器件的灵活性，使得液压控制系统能够完成不同的活动。液压控制元件按照用途可以分成压力控制阀、流量控制阀、方向控制阀。按照操作方式可以分成人力操纵阀、机械操纵法、电动操纵阀等。 除了上述的元件以外，液压控制系统还需要液压辅助元件。这些元件包括管路和管接头、油箱、过滤器、蓄能器和密封装置。通过以上的各个器件，我们就能够建设出一个液压回路。所谓液压回路就是通过各种液压器件构成的相应的控制回路。根据不同的控制

目标，我们能够设计不同的回路，比如压力控制回路、速度控制回路、多缸工作控制回路等。 在工程机械、冶金、军工、农机、汽车、轻纺、船舶、石油、航空和机床行业中，液压技术得到了普遍的应用。随着原子能、空间技术、电子技术等方面的发展，液压技术向更广阔的领域渗透，发展成为包括传动、控制和检测在内的一门完整的自动化技术。现今，采用液压传动的程度已成为衡量一个国家工业水平的重要标志之一。如发达国家产的95%的工程机械生、90%的数控加工中心、95%以上的自动线都采用了液压传动。 液压技术在工业中一般应用于重型，大型，特大型设备，如冶金行业轧机压下系统，连铸机压下系统等；军工中高速响应场合，如飞机尾舵控制，轮船舵机控制，高速响应随动系统等工程机械，抗冲击，要求功重比较高系统一般都采用液压系统。液压传动控制是工业中经常用到的一种控制方式，它采用液压完成传递能量的过程。因为液压传动控制方式的灵活性和便捷性，液压控制在工业上受到广泛的重视。从原理上来说，液压传动所基于的最基本的原理就是帕斯卡原理，就是说，液体各处的压强是一致的，这样，在平衡的系统中，比较小的活塞上面施加的压力比较小，而大的活塞上施加的压力也比较大，这样能够保持液体的静止。所以通过液体的传递，可以得到不同端上的不同的压力，这样就可以达到一个变换的目的。我们所常见到的液压千斤顶就是利用了这个原理来达到力的传递。 从20世纪70年代开始，电子技术和计算机技术迅速发展并进入

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;

液压与气动技术的发展趋势

液压与气动技术的发展趋势 摘要：液压技术在工程机械、冶金、军工、农机、汽车、轻纺、船舶、石油、航空和机床行业中，得到了普遍的应用。随着原子能、空间技术、电子技术等方面的发展，液压技术向更广阔的领域渗透，发展成为包括传动、控制和检测在内的一门完整的自动化技术。现今，采用液压传动的程度已成为衡量一个国家工业水平的重要标志之一。由于工业自动化以及FMS发展，要求气动技术以提高系统可靠性、降低总成本与电子工业相适应为目标，进行系统控制技术和机电液气综合技术的研究和开发。显然，气动元件的微型化、节能化、无油化是当前的发展特点，与电子技术相结合产生的自适应元件，如各类比例阀和电气伺服阀，使气动系统从开关控制进入到反馈控制。计算机的广泛普及与应用为气动技术的发展提供了更加广阔的前景。社会需求永远是推动技术发展的动力，降低能耗，提高效率，适应环保需求，机电一体化，高可靠性等是液压气动技术继续努力的永恒目标，也是液压气动产品参与市场竞争是否取胜的关键…… 关键词：液压，气动技术，发展趋势 The Development Trend of Hydraulic and Pneumatic Technology Abstract:With the development of atomic energy, space technology, electronic technology and other aspects of the infiltration, hydraulic technology to a wider area, developed into including the transmission, control and detection of a complete automation technology. Because of industrial automation and the development of FMS, the requirements of pneumatic technology to improve system reliability, reduce the total cost and the electronics industry to adapt to the target, the research and development of system control technology and electromechanical liquid gas comprehensive technology. Obviously, gas, energy saving, miniaturization of pneumatic components of non oil is the current characteristics of the development of electronic technology, and the combination of adaptive element is generated, the pneumatic system into the feedback control from the control switch. To reduce energy consumption, improve efficiency, adapt to the demand of environmental protection, mechanical and electrical integration, high reliability is the hydraulic and pneumatic technology to the eternal goal, the key is the hydraulic and pneumatic products to participate in market competition to win. Key Words:Hydraulic, pneumatic, development

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)

液压与气动技术发展趋势

液压与气动技术发展趋势 由于液压技术广泛应用了高技术成果，如自动控制技术、计算机技术、微电子技术、磨擦磨损技术、可靠性技术及新工艺和新材料，使传统技术有了新的发展，也使液压系统和元件的质量、水平有一定的提高。尽管如此，走向二十一世纪的液压技术不可能有惊人的技术突破，应当主要靠现有技术的改进和扩展，不断扩大其应用领域以满足未来的要求。综合国内外专家的意见，其主要的发展趋势将集中在以下几个方面： 1．减少能耗,充分利用能量 ----液压技术在将机械能转换成压力能及反转换方面，已取得很大进展，但一直存在能量损耗，主要反映在系统的容积损失和机械损失上。如果全部压力能都能得到充分利用，则将使能量转换过程的效率得到显著提高。为减少压力能的损失，必须解决下面几个问题： ①减少元件和系统的内部压力损失，以减少功率损失。主要表现在改进元件内部流道的压力损失,采用集成化回路和铸造流道,可减少管道损失,同时还可减少漏油损失。 ②减少或消除系统的节流损失，尽量减少非安全需要的溢流量，避免采用节流系统来调节流量和压力。 ③采用静压技术，新型密封材料，减少磨擦损失。 ④发展小型化、轻量化、复合化、广泛发展3通径、4通径电磁阀以及低功率电磁阀。 ⑤改善液压系统性能，采用负荷传感系统，二次调节系统和采用蓄能器回路。 ⑥为及时维护液压系统，防止污染对系统寿命和可靠性造成影响，必须发展新的污染检测方法，对污染进行在线测量，要及时调整，不允许滞后，以免由于处理不及时而造成损失。2．主动维护 ----液压系统维护已从过去简单的故障拆修，发展到故障预测，即发现故障苗头时，预先进行维修，清除故障隐患，避免设备恶性事故的发展。 ---- 要实现主动维护技术必须要加强液压系统故障诊断方法的研究，当前，凭有经验的维修技术人员的感宫和经验，通过看、听、触、测等判断找故障已不适于现代工业向大型化、连续化和现代化方向发展，必须使液压系统故障诊断现代化，加强专家系统的研究，要总结专家的知识,建立完整的、具有学习功能的专家知识库，并利用计算机根据输入的现象和知识库中知识，用推理机中存在的推理方法，推算出引出故障的原因，提高维修方案和预防措施。要进一步引发液压系统故障诊断专家系统通用工具软件，对于不同的液压系统只需修改和增减少量的规则。 ----另外，还应开发液压系统自补偿系统，包括自调整、自润滑、自校正，在故障发生之前，进市补偿，这是液压行业努力的方向。 3．机电一体化 ---- 电子技术和液压传动技术相结合，使传统的液压传协与控制技术增加了活力，扩大了应用领域。实现机电一体化可以提高工作可靠性，实现液压系统柔性化、智能化，改变液压系统效率低，漏油、维修性差等缺点，充分发挥液压传动出力大、贯性小、响应快等优点,其主要发展动向如下： (1)电液伺服比例技术的应用将不断扩大。液压系统将由过去的电气液压on-oE系统和开环比例控制系统转向闭环比例伺服系统,为适应上述发展,压力、流量、位置、温度、速度、加速度等传感器应实现标准化。计算机接口也应实现统一和兼容。 (2)发展和计算机直接接口的功耗为5mA以下电磁阀，以及用于脉宽调制系统的高频电磁阀(小于3mS)等。

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。

液压与气动技术发展趋势111

液压或气动技术发展趋势 液压与气压传动相对于机械传动来说是一门新兴技术。在工程机械、冶金、军工、农机、汽车、轻纺、船舶、石油、航空和机床行业中，液压技术得到了普遍的应用。随着原子能、空间技术、电子技术等方面的发展，液压技术向更广阔的领域渗透，发展成为包括传动、控制和检测在内的一门完整的自动化技术。现今，采用液压传动的程度已成为衡量一个国家工业水平的重要标志之一。 一、由于液压技术广泛应用了高技术成果，如自动控制技术、计算机技术、微电子技术、磨擦磨损技术、可靠性技术及新工艺和新材料，使传统技术有了新的发展，也使液压系统和元件的质量、水平有一定的提高。尽管如此，走向二十一世纪的液压技术不可能有惊人的技术突破，应当主要靠现有技术的改进和扩展，不断扩大其应用领域以满足未来的要求。综合国内外专家的意见，其主要的发展趋势将集中在以下几个方面： 1、减少能耗,充分利用能量 液压技术在将机械能转换成压力能及反转换方面，已取得很大进展，但一直存在能量损耗，主要反映在系统的容积损失和机械损失上。如果全部压力能都能得到充分利用，则将使能量转换过程的效率得到显著提高。 2、主动维护

液压系统维护已从过去简单的故障拆修，发展到故障预测，即发现故障苗头时，预先进行维修，清除故障隐患，避免设备恶性事故的发展。 要实现主动维护技术必须要加强液压系统故障诊断方法的研究，当前，凭有经验的维修技术人员的感宫和经验，通过看、听、触、测等判断找故障已不适于现代工业向大型化、连续化和现代化方向发展，必须使液压系统故障诊断现代化，加强专家系统的研究，要总结专家的知识,建立完整的、具有学习功能的专家知识库，并利用计算机根据输入的现象和知识库中知识，用推理机中存在的推理方法，推算出引出故障的原因，提高维修方案和预防措施。要进一步引发液压系统故障诊断专家系统通用工具软件，对于不同的液压系统只需修改和增减少量的规则。另外，还应开发液压系统自补偿系统，包括自调整、自润滑、自校正，在故障发生之前，进市补偿，这是液压行业努力的方向。 3、机电一体化 电子技术和液压传动技术相结合，使传统的液压传协与控制技术增加了活力，扩大了应用领域。实现机电一体化可以提高工作可靠性，实现液压系统柔性化、智能化，改变液压系统效率低，漏油、维修性差等缺点，充分发挥液压传动出力大、贯性小、响应快等优点,其主要发展动向如下： (1)电液伺服比例技术的应用将不断扩大。液压系统将由过去的电气液压on-oE系统和开环比例控制系统转向闭环比例伺服系统,为

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

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.

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

液压技术教案第一章液压与气压概论

第1章 液压与气动技术概论 液压与气压传动技术是机械设备中发展速度最快的技术之一，特别是近年来，随着机电一体化技术的发展，与微电子、计算机技术相结合，液压与气压传动进入了一个新的发展阶段。 液压与气压传动技术是以流体—液压油液（或压缩空气）为工作介质进行能量传递和控制的一种传动形式，它们的工作原理基本相同。 机器包括原动机、传动机构和执行机构。原动机有电动机、内燃机、燃气轮机等形式；传动机构有电气传动、机械传动和流体传动，其中，流体传动是利用气体和液体等介质传递动力和能量的，包括气压传动和液体传动。液体传动是利用液体作为工作介质来传递和控制能量的，包括液力传动和液压传动等两种形式；气压传动是利用气体传递和控制能量的。 液压传动是利用密封容积内液体体积的变化来传递和控制能量的；而液力传动是利用非封闭的液体的动能或势能来传递能量和控制能量的。 1.1 液压传动的工作原理 液压千斤顶是机械行业常用的工具，常用这个小型工具顶起较重的物体。下面以它为例简述液压传动的工作原理。图1.1所示为液压千斤顶的工作原理图。有两个液压缸1和6，内部分别装有活塞，活塞和缸体之间保持良好的配合关系，不仅活塞能在缸内滑动，而且配合面之间又能实现可靠的密封。当向上抬起杠杆时，液压缸1活塞向上运动，液压缸1下腔容积增大形成局部真空，单向阀2关闭，油箱4的油液在大气压作用下经吸油管顶开单向阀3进入液压缸1下腔，完成一次吸油动作。当向下压杠杆时，液压缸1活塞下移， 液压缸1下腔容积减小，油液受挤压，压力升高，关闭单向阀3，液压缸1下腔的压力油顶开单向阀2，油液经排油管进入液压缸6的下腔，推动大活塞上移 顶起重物。如此不断上下扳动杠杆就可以使重物不断升起，达到起重的目的。如杠杆停止动作，液压缸6下腔油液压力将使单向阀2关闭，液压缸6活塞连同重物一起被自锁不动，停止在举升位置。如打开截止阀5，液压缸6下腔通油箱，液压缸6活塞将在自重作用下向下移，迅速回复到原始位置。设液压缸1和6的面积分别为A l 和A 2，则液 压缸1单位面积上受到的压力p 1 = F /A l ，液压缸6单位面积上受到的压力p 2 = W /A 2。根据流体力学的帕斯卡定律“平衡液体内某一点的压力值能等值地传递到密闭液体内各点”，则有： 图1.1 液压千斤顶工作原理图 1—小液压缸；2—排油单向阀；3—吸油单向阀； 4—油箱；5—截止阀；6—大液压缸

国内最新液压与气动自动化设备

国内最新液压与气动自动化设备 QF28型全负载反馈起重机多路阀研制商：长江液压件有限责任公司 公司开发的QF28型全负载反馈多路换向阀是将先进的负荷传感技术，成功应用于多路阀内，产品全面考虑了当前具有国际先进水平的主机—全液压起重机液压系统的工作原理及各项技术指标，满足目前国内QY50、QY60型全液压起重机的发展需求。特别是其优良的全负载反馈功能，使起重机的控制精度得以全面提高，能量损失降至最低。该产品的成功研制，解决了国内全液压起重机液压系统的工作原理及各项技术参数向国际先进水平靠近的技术核心问题。该产品在起重机行业及其它工程机械、矿山机械等均有很高的应用价值。 产品主要技术特点： 1.全负载反馈：具有优良的负荷传感功能，保证各工作油口均可按主机执行机构的要求，提供相应的流量，并使执行机构工作速度不受负载变化的影响，且具有良好的微动性能。 2.抗干扰：具有良好的抗干扰性能，它能保证主机进行复合动作时，各执行机构的动作速度相互均无影响。 3.高效节能：该产品应用于全负荷传感液压系统中，其中位几乎无压力损失，使整个系统处于低压待命状态，而在换向工作时，油源提供的流量为执行机构所需流量。 4.操纵形式多样：具有手动、液压比例控制、电液比例控制及电液伺服比例控制等多种控制方式，其操纵轻便灵活。 5.加工工艺先进性：由于阀内设计了压力传递补偿机构，特别是负荷反馈阀安装部位，主滑阀孔及梭阀安装部位和附加阀安装部位，均有较高的位置精度和几何精度要求。通过工艺创新，将主要加工过程均在四轴联动的数控加工中心和具有国际先进水平的特制“刚性镗专机、金刚镗专机"上加工，大量采用成形刀具，在极大的提高生产效率的同时保证了产品质量稳定可靠。 先导压力阀 研制商：湖北液压件厂 本实用新型属于液压控制工程三大基础阀之一的压力控制阀类。 本实用新型提供一种动静态特性最佳的先导压力阀，包括先导的溢流阀、顺序阀和减压阀。其导阀口前面有导向柱塞；导向柱塞前腔经专用阻尼孔与控制压力油直接连通；控制流量则通过另外阻尼孔到导阀口。由于动态特性和静态特性主要取决于各自专用的阻尼孔的大小，在满足快速性的前提下，各阻尼孔均可取最小值，则动静态特性均可达到最佳值。导阀的开度与控制压力直接相关而最大，从而压降最小；控制流量主要在主阀芯的前后腔间和导阀口处产生压降，前者压

液压气动技术的发展趋势

液压气动技术的发展趋势 液压与气压传动相对于机械传动来说是一门新兴技术。从1795年世界上第一台水压机诞生起，已有几百年的历史，但液压与气压传动在工业上被广泛采用和有较大幅度的发展是20世纪中期以后的事情。在工程机械、冶金、军工、农机、汽车、轻纺、船舶、石油、航空和机床行业中，液压技术得到了普遍的应用。随着原子能、空间技术、电子技术等方面的发展，液压技术向更广阔的领域渗透，发展成为包括传动、控制和检测在内的一门完整的自动化技术。现今，采用液压传动的程度已成为衡量一个国家工业水平的重要标志之一。如发达国家产的95%的工程机械生、90%的数控加工中心、95%以上的自动线都采用了液压传动。 从20世纪70年代开始，电子技术和计算机技术迅速发展并进入液压技术领域，在产品设计﹑制造和测试方面采取了这些先进技术，取得了显著的效益。利用计算机辅助设计技术进行液压元件和液压系统的设计计算﹑性能仿真﹑自动绘图以及数据的采集和处理，可提升液压产品的质量，优化其性能，减低成本，并大大缩短其生产和交货周期。在设备控制方面，利用计算机控制系统，可简化操作提高劳动生产率，提高自动化水平，并增加产品的可靠性。因此，近年来，液压行业对于计算机技术的应用给予极大的关注，其中计算机辅助设计CAD的推广使用和数字控制液压元件的研制开发尤其突出。另外，减小元件的体积和重量，提高元件的寿命研制新介质以及污染控制的研究，也是当前液压传动及液压控制技术发展和研究的重要课题。 我国的液压工业开始于20世纪50年代，其产品最初只用于机床和锻压设备，后来又由于拖拉机和工程机械。自20世纪60年代开始，从国外引进液压元件生产技术，同时自行设计液压产品。目前，我国生产的液压元件已形成系列，并在各种机械设备上得到了广泛的应用。目前我国以开发研制了中高压齿轮泵﹑插装式锥阀﹑电业比例阀﹑叠加阀以及新系列中﹑高压阀等。尽管如此，我国的液压元件和液压产品与国外先进的同类产品相比，在性能上，在种类﹑规格上仍存在着较大的差距。 为了迅速赶超世界先进水平，我国已瞄准世界主流的液压元件系列型谱，有计划的引进﹑消化﹑吸收国外最先进的液压技术和产品，并对我国正生产的液压产品进行整顿，合理调整产

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)

液压与气压传动特点及发展前景培训课件

液压与气压传动特点及发展前景 一、液压传动的特点 1、优点：（1）体积小、重量轻、结构紧凑 （2）液压传动的各种元件可根据需要灵活方便的布置 （3）液压装置工作平稳，换向冲击小，易于实现快递启动、制动和频繁的换向 （4）操纵控制方便，可实现大范围的无级调速，而且可以在运行过程中进行调速 （5）一般采用矿物油为工作介质，相对运动面可自行润滑，使用寿命长 （6）易于实现自动化以及过载保护，当采用电液联合控制甚至计算机控制后，可实现大负载、高精度、复杂运动的自动控制（7）液压元件实现了标准化、系列化、通用化，便于设计、制造和推广使用 2、缺点：（1）液压传动能量损失较大，传动效率比机械、电力传动要低 （2）不能保证严格的传动比，这主要由液压油泄漏等造成的 （3）工作性能易受温度变化的影响，不宜在高温或者温度很低的环境下工作 （4）液压传动系统出现故障不易诊断 二、气压传动的特点 1、优点：（1）以空气为工作介质，来源方便且用之不竭，用后可直接排入大气 而不污染环境 （2）使用快速接头可以非常简单的进行配管，因此系统的组装维修以及元件的更换比较简单 （3）全气压传动控制装置具有防火、防爆、防潮的能力，可在高温场合下使用 （4）空气的黏性很小，其损失也很小，节能高效，适于远距离运输 （5）动作迅速、反应快、维护简单、不易堵塞 （6）工作环境适用好，安全可靠。具有较高的自保持能力，即使压缩机停止运行，由于储气罐的储能，气压传动系统仍可维持一个稳 定压力 （7）成本低、过载能自动保护 2、缺点：（1）由于空气是可压缩的，因此气压传动系统稳定性差。给位置控制 和速度控制精度带来很大影响 （2）不宜获得较大的推力或转矩 （3）噪声大，尤其在声速排气时，需要加装消声器 （4）因工作介质空气本身没有润滑性，须在气路中设置给油润滑装置

液压与气动技术在交通运输领域中的应用

液压与气动技术 ——文献综述 学院：农学院 专业：植物保护 班级：12-2 姓名：周月婷 学号：92

液压与气动技术在交通运输领域中的应用 摘要： 随着液压技术的不断发展进步，液压设备的年增长率远远大于其他设备的年增长率，其原因是由于液压传动在许多领域是机械传动无法取代的。液压传动能实现低速大吨位运动；采用适当的节流技术可使运动机构的速度十分均匀稳定；使用伺付、仿形、调速等机构可使执行元件的运动精度达到很高，可以微米计；液压系统各部分间是用管道连接的，其布局安装有很大的灵活性，而其体积重量却比机械传动小的多，因此能构成用其它方法难以组成的复杂系统；液压传动可以用很小的功率控制速度、方向；液压元件体积小、重量轻、标注化程度高，便于集中大批量生产。 由于采用集成、叠加、插装技术，使装配容易，造价低，比起机械传动来，它是一种最为经济的选择。近年来微电子技术应用到工程机械中，实现了智能化和自动化，静液压传动装置替代了传统的液力变矩——齿轮箱传动，使系统技术有了新的发展。总之，液压技术在各行各业中得到了广泛的发展和应用。 关键词：液压与气动技术交通运输应用 正文： 液压与气动技术的发展 气动技术是以气体为介质,实现能量传递、转换、分配及控制的一门技术。由于其介质来源简单、方便及不污染环境、元件价格低廉、维修方便、系统安全可靠等特点,倍受工业界的欢迎,其发展呈现急剧上升的趋势。近年来,气动技术与微电子技术相结合,更使气动技术呈现出新的生机。 气压传动的应用历史非常悠久。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