单体水压人工肌肉仅能提供收缩作用,基于水压人工肌肉驱动关节的工作原理,设计了仿生机器人单元模块,能实现伸缩和2个方向的偏转功能。利用水压人工肌肉的力位移特性,对弹簧进行选型计算。搭建了由四水压人工肌肉驱动的单元模块,并完成不同弹簧下的偏转试验,采集水压人工肌肉的收缩力、工作压力以及单元偏角,得到在空载条件下压力变化量与单元模块偏转角度之间的关系曲线。为进一步设计带载模块化仿生机器人奠定基础。

针对阀口独立电液阀故障诊断与状态感知功能开发需求,设计搭建了一种基于高速开关阀与低惯量气缸驱动的高频阀芯-电磁铁加载与故障半实物仿真试验平台,并对试验台性能进行了初步测试。该仿真平台通过PWM信号驱动高速开关阀控制双作用气缸活塞杆位移与输出力,调控加载于阀芯比例电磁铁的模拟工况,实现电液阀阀内故障的半实物模拟。试验平台基于ARM平台建立,集成了场效应驱动电路与位移传感器、拉压力传感器与电流传感器等感知元件,可完成对模拟工况下阀芯的动态特征的捕捉。初步试验结果表明,通过设置不同PWM驱动信号可实现阀芯加载力调节、实现阀芯卡滞模拟,验证了平台功能。

为充分利用水压人工肌肉高输出重量比的优势,设计双作用水压人工肌肉关节。通过对水压人工肌肉的力学特性进行理论计算分析,结果表明,水压人工肌肉输出力大而收缩位移有限,因此,关节设计的关键在于放大收缩位移并降低传动丝载荷。采用滑轮组与关节轴承相结合的方式,放大水压人工肌肉的有效行程并降低传动丝的载荷,实现了关节的大范围运动。此外,进一步开展了双作用水压人工肌肉关节的模块化设计,为实现多关节串联扩展设置电、机械和水液压接口,设计传动丝的连接结构及空间布局,对紧凑化结构进行了强度分析。模块化双作用水压人工肌肉关节的设计能够为进一步研发多自由度水压人工肌肉机械臂奠定基础。