形状记忆合金丝编织网气动肌肉机构的阻抗控制研究

"本文主要探讨了形状记忆合金丝编织网气动肌肉机构的设计以及其阻抗控制策略。通过等效气缸和动力学分析，建立了该机构的输出力模型，并设计了一个包含位置PID内环的阻抗控制系统。此外，通过拉氏变换和频域分析，确定了系统的稳定条件。实验表明，形状记忆合金丝的收缩能有效提高气动肌肉的输出力，并可调节其刚度。在Matlab环境下进行了阻抗参数对柔顺性影响的仿真，结果证明刚度对接触力的影响最大，通过阻抗控制可以实现接触力和位置的协调控制。关键词包括形状记忆合金、气动肌肉、柔顺控制和刚度调节。" 在仿生机器人领域，气动肌肉作为一种重要的执行机构，因其类似生物肌肉的特性而受到广泛关注。形状记忆合金（SMA）丝编织网气动肌肉机构的创新设计，旨在改善传统气动肌肉的性能。通过将纤维编织网替换为SMA丝，能够利用SMA的形状恢复特性，增加肌肉的收缩力，从而提高整体的输出力。 文章中，作者首先建立了气动肌肉的输出力模型，这是通过对等效气缸的静态驱动分析得出的。等效气缸是一种简化模型，用于理解和预测气动肌肉的实际行为。接着，设计了一个包含位置PID内环的阻抗控制器，以精确控制气动肌肉的位置和力输出。PID控制器是工业自动化中的常见选择，其内部环路设计能够改善系统的响应速度和稳定性。 阻抗控制是机器人控制的一种策略，它允许机器人与环境进行柔顺交互。在拉氏变换和频域分析的帮助下，作者确定了阻抗控制系统的稳定条件，这确保了系统在各种操作条件下都能保持稳定。阻抗控制的关键在于调整系统刚度，刚度决定了系统对外力的响应速度和抵抗程度。 在Matlab仿真实验中，研究了阻抗参数如何影响气动肌肉的柔顺性。实验结果表明，刚度是影响接触力的最大因素，而适当的阻抗控制可以有效地协调接触力和位置，这对于需要精细操作或与环境互动的机器人应用至关重要。 这项工作不仅展示了形状记忆合金丝在气动肌肉设计中的潜力，还强调了阻抗控制在优化机器人性能和人机交互方面的关键作用。通过深入理解这些原理和技术，未来可以开发出更先进的仿生机器人，实现更复杂的任务和更自然的人机交互。