设计了一种气动人工肌肉驱动的串联弹性关节,基于气动人工肌肉Chou模型,建立了串联弹性关节的动力学模型,推导出关节刚度,获得了关节刚度与肌肉内部气压、弹性体刚度的关系。设计反向传播(back propagation,BP)神经网络整定PID参数的BP-PID控制算法,开展了气动串联弹性关节的位置与刚度控制研究。仿真结果表明BP-PID控制优于PID控制,关节位置跟踪精度由0.58°变为0.10°,关节刚度跟踪精度从0.026 Nm/rad变为0.005 Nm/rad。实验结果表明关节位置跟踪平均误差由0.347°减小到0.117°,关节刚度跟踪平均误差从0.024 Nm/rad减小到0.019 Nm/rad。

随着机器人应用向智能工厂、助老助残服务、医疗、教育娱乐等领域不断扩展,机器人的柔顺性和主动适应性设计需求越来越受到研究人员的关注。本文综述了机器人柔顺关节的机构原理,包含了弹性元件被动柔顺关节、气动主动柔顺关节、磁场力柔顺关节和智能材料柔顺关节。进一步分析了当前机器人柔顺关节研究中存在的结构、建模与控制、动力供给等方面的问题。最后指出机器人柔顺关节的研究趋势主要表现在驱动与结构创新、数学建模与控制、多学科交叉与合作研发等方面。