气动人工肌肉

气动人工肌肉高速高精度研究气动人工肌肉（Pneumatic Artificial Muscles，简称PAMs）是一种新型的驱动元件，具有高速高精度的特点，正在被广泛研究和应用。

本文将从气动人工肌肉的原理、结构和应用三个方面进行阐述。

一、气动人工肌肉的原理气动人工肌肉是一种基于气体压力控制的驱动元件，其原理类似于人体肌肉的运动。

它由柔性的材料制成，内部充填压缩空气或气体混合物。

当空气进入气动人工肌肉时，由于内部空间的收缩，肌肉会产生收缩力，从而实现运动。

通过控制气体的流入和排出，可以控制气动人工肌肉的运动速度和力量大小。

二、气动人工肌肉的结构气动人工肌肉主要由外包层、内腔、连接件和控制系统组成。

外包层是由柔性材料制成的，可以承受内部压力并保持结构的稳定性。

内腔是气动人工肌肉的主体部分，通过充填气体来实现收缩和伸展。

连接件用于连接气动人工肌肉和其他机械部件，传递力量和运动。

控制系统包括传感器、执行器和控制算法，用于监测和控制气动人工肌肉的运动状态。

三、气动人工肌肉的应用1. 机器人领域：气动人工肌肉可以用作机器人的驱动元件，实现灵活的运动和精准的控制。

机器人可以通过气动人工肌肉模拟人体肌肉的运动，具有更高的运动速度和精度，可以应用于工业生产、医疗护理、危险环境等领域。

2. 辅助康复领域：气动人工肌肉可以用于辅助康复设备，帮助患者恢复运动功能。

通过控制气动人工肌肉的收缩和伸展，可以模拟人体肌肉的运动，实现康复训练的目的。

气动人工肌肉具有轻巧、柔软和可调节性的特点，适合应用于康复机器人、义肢和外骨骼等设备中。

3. 智能结构领域：气动人工肌肉可以用于构建智能结构，实现形变和运动控制。

通过在结构中加入气动人工肌肉，可以实现结构的自适应、柔性和变形特性。

这种智能结构可以应用于航空航天、建筑工程和汽车制造等领域，提高产品的性能和安全性。

气动人工肌肉具有高速高精度的特点，正在成为研究和应用的热点。

通过深入研究气动人工肌肉的原理和结构，可以进一步推动其在机器人、康复和智能结构领域的应用，为人类带来更多的便利和福祉。

人工肌肉的分类
人工肌肉是一种仿生材料，可以模拟人类肌肉的功能和特性。

根据其材料和工作原理的不同，人工肌肉可以分为几个不同的分类。

第一类是电致动人工肌肉，它是利用电能来激活和控制的。

这种人工肌肉通常由柔性导电材料制成，如碳纳米管或导电聚合物。

当电流通过它们时，导电材料会收缩或膨胀，从而模拟真实肌肉的运动。

电致动人工肌肉具有响应速度快、力量大、可控性强的特点，因此在机器人和智能装置等领域有广泛的应用。

第二类是化学反应人工肌肉，它是通过化学反应来实现肌肉运动。

这种人工肌肉通常由柔性聚合物或液体晶体材料制成。

当外部刺激物如光、温度或化学物质作用于它们时，材料会发生化学反应，从而引起收缩或膨胀。

化学反应人工肌肉具有灵敏度高、反应速度快的特点，可广泛应用于微机器人和医疗领域。

第三类是气动人工肌肉，它是利用气体或液体的压力来驱动的。

这种人工肌肉通常由柔性气囊或膜片制成，当气体或液体通过它们时，会引起肌肉的收缩或膨胀。

气动人工肌肉具有响应速度快、力量大的特点，常用于机器人和航空航天等领域。

第四类是形状记忆人工肌肉，它是利用特殊的合金或聚合物材料来实现肌肉运动。

这种人工肌肉具有记忆形状的特性，当受到外界刺激时，材料可以自动回复到其原始形状。

形状记忆人工肌肉具有自
修复能力和长期稳定性，广泛应用于医疗领域。

以上是几种常见的人工肌肉分类，每一类都有其独特的特点和应用领域。

人工肌肉的发展将为机器人技术、生物医学工程和智能装置等领域带来更大的创新和进步。

未来，随着科学技术的不断发展，人工肌肉的应用前景将变得更加广阔。

880 引言随着我国载人航天工程的不断开展，我国航天员在轨时间也越来越长，从最初的1天到神舟十四号的六个月，航天员在太空环境中生活的时间也越来越长。

目前已有大量研究表明，长期暴露在微重力环境下会对航天员的骨骼肌肉系统造成不同程度的影响，主要影响包括肌肉萎缩、骨质疏松、骨密度下降等。

数据显示，短中期（4-6个月）微重力环境已然导致宇航员脊柱显著的结构及功能变化，腰部肌肉萎缩19％-34.1％[4]、脊柱和近部股骨骨密度减少6%-10%[5]、坐姿高度平均增高6%，超过50％的宇航员在微重力环境中产生腰痛，且86％发生在腰部[7]，严重影响其健康及任务执行能力。

且返回地球后宇航员椎间盘突出症的发生率是地球上对照组的4.3倍[8]。

目前对抗骨肌丢失的主要措施就是锻炼。

研究以气动人工肌肉为核心，设计了一套多加载模式的微重力环境中航天员背部骨肌对抗训练设备，并开展了仿真与实验研究，验证了该设计的可行性。

1 气动人工肌肉1.1 气动人工肌肉结构及原理气动人工肌肉，也称气动肌腱拉伸致动器，可以模仿肌肉的自然运动。

它由可膨胀的柔性管道和相应的接头组成。

柔性管由橡胶膜片和内表面由聚芳酰胺丝制成的非弯曲纤维组成。

膜片是一个空气密封件，用于密封工作介质。

纤维线用于加强和传递能量。

当内部压力增加时，膜片沿圆周膨胀。

这会产生拉力和纵向运动。

可用的拉伸力在收缩开始时达到最大值，然后缩短行程。

气动人工肌肉在设备中充当着能量转化的角色，通过将气体压力转化为拉力来驱动设备工90想状态下的气动人工肌肉进行了建模[12]。

但Chou 模型中人工肌肉编织角这一数值在实际中很难测量，于是Tondu等人进一步提出Tondu模型，此模型中人工肌肉的拉力由气压和收缩率决定，实际条件下更容易测量[13]。

因此，实际应用中多采用Tondu模型。

气动人工肌肉的Tondu模型为由式（1）也可得出，当人工肌肉长度固定也即收缩率固定时，其产生的拉力与其内部气压成正比。

气动肌肉工作原理嘿，朋友们！今天咱来聊聊气动肌肉这神奇的玩意儿到底是咋工作的。

你看啊，气动肌肉就像是我们身体里的肌肉一样，只不过它是靠气来发力的。

想象一下，就好像给它吹了一口气，它就能变得鼓鼓的，然后产生力量啦！它的原理其实并不复杂。

简单来说，就是通过往里面充气或者放气来实现收缩和伸展。

这不就跟我们吹气球有点像嘛，气充进去，气球就鼓起来了；把气放掉，气球就瘪下去了。

气动肌肉也是这样，充气的时候，它就会缩短，产生拉力；放气的时候呢，它就会变长，恢复原状。

那它在实际中有啥用呢？这用处可大啦！比如说在一些机器人身上，装上气动肌肉，就能让机器人的动作更加灵活自然，就好像真的有了生命一样。

再比如在一些需要力量控制的设备中，气动肌肉能根据不同的情况调整力量的大小，多厉害呀！你说这气动肌肉是不是很神奇？它虽然没有我们真正的肌肉那么复杂，但也能发挥出很大的作用呢！而且啊，它还很耐用，不像我们的肌肉，累了还得休息。

气动肌肉的应用范围那是相当广泛啊！在工业领域，它可以帮忙搬运重物，减轻工人的负担；在医疗领域，说不定以后能帮助那些行动不便的人重新站起来呢！这可不是我瞎说，科技发展这么快，啥都有可能发生。

你想想，如果以后满大街都是装有气动肌肉的机器人，那该是啥样的景象？它们可以帮我们送快递、打扫卫生、照顾老人小孩，那我们不就轻松多啦？不过呢，气动肌肉也不是完美无缺的。

它也有自己的局限性，比如对气压的控制要求比较高，如果气压不稳定，可能就没法正常工作啦。

但这也难不倒我们聪明的科学家们，他们肯定会想出办法来解决这些问题的。

总之，气动肌肉是个很有意思的东西，它的工作原理虽然简单，但应用潜力却是巨大的。

我相信，随着科技的不断进步，气动肌肉会在更多的领域发挥出更大的作用，给我们的生活带来更多的便利和惊喜！让我们一起期待吧！原创不易，请尊重原创，谢谢!。

McKibben气动人工肌肉的测量和建模Ching-Ping Chou and Blake HannafordMember, ZEEE摘要：本文报道了测量和建模McKibben人工肌肉气动执行机构。

此装置，首先在1950年开发的，包含扩大管周围编织线。

我们通过静态和动态长度张力的测试结果，得出一个线性模型。

并将结果与人体的肌肉属性相比较，以评估是否适合人体肌肉仿真。

McKibben执行器基于生物学的机器人手臂。

一、引言McKibben气动人工肌肉的研究在1950年和1960年，主要是发达的假肢。

他们最近被商业化的日本机器人应用普利司通橡胶公司的J.温特斯博士用来重新设计建造生物力学逼真的骨骼模型。

McKibben肌肉包括一个内部膀胱周围由编织网是连接外壳（具有灵活且不可扩展的线程）在两端的接头或一些类似肌腱的结构（图1（a）条）。

当膀胱加压，高的高压气体推压其内表面上，并针对外部的外壳，且很容易增加其体积。

由于纵向刚度非常高的编织网壳中的线程，执行器缩短根据它的容量的增加和/或，如果它产生张力被耦合到一个机械负载。

这种物理配置导致McKibben本的肌肉有可变刚度春天的特性，非线性弹性被动，身体的柔韧性，和很轻的重量比其他种类的人工致动器[9]。

之间的关系紧张，长度，速度不同的激活是主要特征从类型区分。

人骨骼肌也有其自己的特殊特性：例如，凸状主动张力长度关系[5]，非线性被动拉伸长度的关系，和双曲张力速度关系[11]。

每个属性也是一个函数激活电平[14]，[18]，[19]。

为了说明的相似性（或不）生物肌肉，三种类型的McKibben肌肉，两个普利司通设计者和博士共同进行了测试。

另外，由于气动执行器，实验和建模简单的气动回路都包括在内。

在本文中，所有的实验，理论，建模，和模拟分为四个主要部分：准静态和动态拉伸长度的关系;第三节，气动回路;第四节，等距等渗实验和第五节，能源转换和效率估计。

第二节：1）一个理想化的静态McKibben的肌肉的物理模型进行分析一个简单的理论方法，2）动态试验机将描述;3）的一系列准静态和动态实验进行说明，显示的速度不敏感紧张长度滞后;4）简化的静态模型将描述基于实验数据和一个理论方法和5）的准静态和动态特性进行分析。

气动人工肌肉建模研究的开题报告题目：气动人工肌肉建模研究一、研究背景及意义随着智能机器人、人机协作技术的不断发展，气动人工肌肉（Pneumatic Artificial Muscle, PAM）的应用越来越广泛。

PAM具有结构简单、柔性、快速响应等优点，已被广泛应用于机器人、仿生等领域。

然而，当前PAM的建模研究仍存在不足，导致PAM在实际应用中的精度和控制效果受限。

因此，本研究旨在探索PAM建模的关键问题，提高PAM的精度和控制效果，为PAM的应用提供有力支持。

二、研究内容和方法1. PAM的结构及特性分析，包括PAM的材料、组成、结构形式等，以及其物理特性如柔性、质量、形变等。

2. PAM的建模方法研究，探索PAM的数学模型，分析PAM的运动学、动力学以及力学特性，并对PAM的现有建模方法进行评估与优化。

3. PAM的控制策略研究，分析PAM的控制问题，根据PAM的特性和建模结果，提出一种合适的控制策略，并进行实验验证。

4. PAM的应用研究，以机器人为应用场景，利用建立好的PAM模型和控制策略，控制机器人的动作并进行系统评价。

三、研究预期结果1. 建立PAM的数学模型，为PAM的应用提供理论基础。

2. 提出一种有效的PAM控制策略，提高PAM的控制精度和响应速度。

3. 通过机器人应用实验，检验所提出的PAM模型和控制策略的有效性。

四、研究方案及进度1. 第一年：对PAM的结构及特性进行分析研究，建立PAM的数学模型。

2. 第二年：对PAM的建模方法进行研究探索，选择合适的控制策略，并进行初步实验验证。

3. 第三年：对所建立的PAM模型和控制策略进行改进，通过机器人应用实验，验证所提出的模型和控制策略的有效性。

五、研究经费预算本研究预计需要200万元左右的经费，主要用于人员费用、实验设备、材料及成果的转化与应用等。

其中，人员费用占50%以上，实验设备约占20%。