充气伸长型气动柔性驱动器的动态特性研究

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1、·电气与自动化·高帅，等·充气伸长型气动柔性驱动器的动态特性研究充气伸长型气动柔性驱动器的动态特性研究高帅，滕燕，李小宁(南京理工大学机械工程学院，江苏南京210094)摘要：研究建立了充气伸长型气动柔性驱动器的静动态数学模型。并进行了试验研究。结果表明：气动柔性驱动器充气阶段腔内压力的平稳性受惯性负载和外力负载的影响．惯性负载和外力负载越大，压力平稳性越差。外力负载是影响气动柔性驱动器位移输出的主要因素，外力负载越大。位移越小。研究结果为气动柔性驱动器的控制提供了理论依据。-关键词：气动柔性驱动器：动态特性：动态模型中图分类号：TH138文献标志码：A文

2、章编号：1671．5276(2015)05．0209—03StudyofDynamicCharacteristicofElongationTypePneumaticComplianceActuatorGAOShuai，TENGYan，LIXiaoning(SchoolofMechanicalEngineering，NanjingUniversityofScienceandTechnology，Nanjing210094，China)Abstract：Inthispaper，thestaticanddynamicmathematicalmodelofelon

3、gationtypepneum~iccomplianceactuatorisdeveloped，andexperimentalstudyismade．Theexperimentalresultshowsthatthepressurestabilityofpneumaticcomplianceactuatorisafect—edbyinertialoadsandexternalforces，andthelargertheinertialoadsandexternalforcesare，theworsethepressurestabilityis．Theext

4、ernalforceisthemainfactorafectingthedisplacementofpneumaticcomplianceactuator，andthelargerexternalloadhasthesmallinfluenceonthedisplacement．Thestudyresultslaythetheoreticalfoundationforthecontrolofelongationtypepneumaticcomplianceactuator．Keywords：pneumaticcomplianceactuator；dynam

5、iccharacteristic；dynamicmodel气动柔性驱动器又称气动人工肌肉．具有与生物肌肉相似的特性，可产生很强的收缩力，并且柔顺性好、安全性高，在医疗康复领域具有广阔的应用前景。近年来，人们利用传统的Mckibben型气动肌肉开发出了一些关节柔顺康复训练装置，并对Mckibben型气动肌肉的动态特性进行了研究．以期实现对关节康复训练装置的准确控制[1-4]。但由于Mckibben型气动人工肌肉的行程较短，一定程度上限制了这一类康复器的推广与应用。技术中心前期研发了一种充气伸长型气动柔性驱动器_5]。它由I初始截面为扁平状的弹性橡胶管以及套在

6、橡胶管外的纤一D维编织网经螺旋缠绕而构成，如图1所示．当向弹性橡胶b)几何尺寸示意图1气动柔性驱动器的工作原理示意管内充气时．橡胶管膨胀并沿轴向产生变形，对外输出力和位移。这种气动柔性驱动器具有行程长、推力大的特点。基于该气动柔性驱动器，进一步研发了具有双向柔性I的膝关节主一被动康复训练装置]。作为该膝关节康复训练装置的末端执行器，对充气伸长型气动柔性驱动器的Hl准确控制将极大地影响着膝关节的康复效果和患者的舒适程度．而准确把握其动态特性是实现对其精确控制的I——上前提。a1变形示意基金项目：国家自然科学基金(510752131)作者简介：高帅(1988一

7、)，男，江苏徐州人，硕士研究生，研究方向：膝关节康复机器人。MachineBuiMinggAutomation，Oct2015，44(5)：209～211，215·电气与自动化·高帅。等·充气伸长型气动柔性驱动器的动态特性研究气源1静态模型在文献[7]的研究基础上，考虑气动柔性驱动器充气伸长时弹性橡胶管的弹性力以及纤维编织网与弹性橡胶管之间的摩擦力．引入气动柔性驱动器伸长长度校正系数K并定义：Jmax=(1)l1D其中：日⋯为气动柔性驱动器理论伸长的最大长度，mm；为气动柔性驱动器实际伸长的最大长度，mm。图3气动柔性驱动器充放气示意则充气伸长型气动柔性驱

8、动器的静态输出力模型为：av(4)hplr2(ax-2)(KpH)