针对气动人工肌肉中存在的迟滞及蠕变现象,回顾了其研究历史并总结了国内外主要研究机构的研究现状。从气动人工肌肉迟滞及蠕变现象的特点、产生原因、建模以及基于迟滞模型的控制策略等方面,对现有的研究进展与成果进行了综述。分析了目前气动人工肌肉中存在的问题并提出了进一步研究的思路。从目前的发展趋势来看,气动人工肌肉迟滞与蠕变的理论研究还远不充分。迟滞特性建模需要解决因蠕变引起的参数动态变化问题,神经网络建模需解决多环辨识问题,而基于逆模型补偿的控制策略则需要解决模型复杂以及参数敏感问题。

为改善长途运输车辆驾驶员乘坐舒适性,针对基于气动人工肌肉理论执行器的座椅悬架系统,提出了包含多重非线性因素的三自由度座椅悬架数学模型,重点分析并建立了人体-座椅坐垫非线性模型和气动人工肌肉非线性模型。面向多重非线性座椅悬架系统,设计利于改善振动特性的摩擦力前馈补偿自适应控制策略。仿真结果表明,与被动座椅悬架相比,采用摩擦力前馈补偿自适应控制策略的座椅悬架,驾驶员垂向加速度均方根值降低了78%,垂向位移降低了26%,驾驶员乘坐舒适性评价指标明显提高,且功率谱密度在人体重要器官危险频率范围内得到显著改善。可见,对于考虑多重非线性因素的座椅悬架系统,摩擦力前馈补偿自适应控制对驾驶员乘坐舒适性的改善具有可行性。

气动人工肌肉系统凭借其材质轻便、输出力大及柔顺性好等优势,其运动控制研究近年来逐渐成为热点问题.然而,气动人工肌肉(PAM)系统所固有的特性(如迟滞、蠕变、非线性时变等),为其控制方法设计与实现带来了挑战.考虑到实际工作过程中,系统往往遭受未知干扰的影响,本文针对气动人工肌肉系统,提出了一种基于干扰估计的非线性控制策略,可在系统存在持续不确定干扰的情况下,在线进行扰动抑制,实现精确的跟踪控制.具体而言,本文先通过模型变换,将系统不确定性、未建模动态、外部扰动等处理成集总扰动的形式.随后,结合自适应更新律及正则化最小二乘算法,在线估计未知系统参数及扰动;在精确扰动代数估计的基础上,通过所提基于干扰估计的非线性控制器,消除未知扰动对系统造成的影响,并确保跟踪误差收敛至零.此外,经稳定性分析证明了跟踪误...

由于受到材料、端部结构、内部摩擦力等因素的限制,建立准确的气动人工肌肉数学模型十分困难。针对气动人工肌肉的内部摩擦力和橡胶弹性力,建立了比理想模型更加符合实际的改进数学模型。根据DMSP型气动人工肌肉的结构与特性,设计并完成了基于LabVIEW的静态特性实验。经过对比分析实验数据与应用MATLAB仿真得到的理想模型曲线和改进模型曲线,研究了橡胶弹性力与摩擦力对气动人工肌肉轴向收缩力的影响,为下一步拮抗关节和控制方法的研究打下基础。

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。

针对带有迟滞非线性的气动运动模拟平台的轨迹跟踪提出了带有切换扩张状态观测器的自抗扰控制方法。气动运动模拟平台的迟滞非线性特性主要指气动人工肌肉在正向充气反向放气时长度和拉力曲线的差异。针对此特性设计了切换扩张状态观测器来估计和补偿模型非线性,分别对于气动人工肌肉正反向充放气的不同模型采用不同的观测器增益,以提高状态估计效果,减小跟踪误差。进一步,设计了状态误差反馈控制器,得到了基于切换扩张状态观测器的二阶非线性动态系统全局有界稳定的充分条件。最后实验结果证实了所设计的切换扩张状态观测器的实际效果。

为简单、精确地实现对一种由高速开关阀和气动人工肌肉作为驱动控制单元的足底驱动型下肢康复机器人的轨迹跟踪控制,提出了一种基于MATLAB/Simulink的仿真控制模型.基于模块化思想,将该机器人控制系统划分为系统输入模块、位置逆解模块、单支链驱动控制模块和位置正解模块.首先对该机器人进行结构分析,在此基础上推导出其运动学正逆解模型,为位置正逆解模块提供理论依据.然后,建立人体下肢运动学模型,带入关节角度数据得到足底运动轨迹,在此基础上用傅里叶级数拟合得到足心和背伸/跖屈角对时间的函数表达式,作为系统的输入模块.最后,采用关节空间控制方法结合各子模块构造出下肢康复机器人控制仿真模型,特别地,采用了实验的方法验证了单支链驱动控制模块的准确性.在此基础上,在MATLAB/Simulink模块中对所建立的系统仿真控制模型进行了仿...

文章以单支气动人工肌肉为研究对象,分别构造了PID控制器及单神经元自适应PID控制器进行位置控制.实验证明:运用单神经元自适应PID控制器,系统响应时间快,稳态精度高,有较好的控制效果.

文中介绍了气动人工肌肉驱动特性的研究工作,依据静态特性实验结果,对Mckibben型气动肌肉传统的理论模型进行了修正,实验表明,该模型比传统的理论模型更接近实际模型.

以C8051F310单片机为控制器的核心，制作了结构简单、输出力大、柔顺性好的手腕康复训练器。该康复器能根据患者的康复状况，任意设置动作的速度和强度。文中阐述了该康复器的总体方案设计、工作原理、气动人工肌肉的制作和控制系统的构成。