基于气动人工肌肉仿人机械手臂肩关节的运动控制

气动机械手关节结构设计及运动学仿真分析气动机械手是一种机电一体化的特种机器人。

它基于气动原理，通过气缸、节流控制阀、离合器等元器件，实现各个部位的运动。

机器人拥有人类难以实现的灵活度和速度，是现代工业生产过程中不可或缺的一部分。

因此，对气动机械手关节结构的设计和运动学仿真分析非常重要。

首先，气动机械手关节结构设计的成功与否，直接关系到机械手的精度和效率。

目前，常见的气动机械手结构大致分为两种，一种是连续轴型，另一种是分体型。

连续轴型结构主要应用于需要连续运动的操作，如滚动、旋转等。

分体型结构则适用于需要机械手能够在单个方向上进行快速而准确的定位和移动。

在关节结构的设计中，需要考虑以下几点：一是材料的选择。

机械手需要经受极高的压力及扭转力，材料的强度、韧性等特性都需要符合设计需求。

二是接头的设计。

机械手的运动靠关节的连接完成，接头的稳定性和精度直接影响到机械手的运动质量。

因此，在接头的设计中，需要注重紧固件的种类、紧固方式、接触面、间隙颗粒等问题。

三是气缸的选择。

气缸是机械手的核心部件，需要选择合适的型号和规格。

要求气缸具备高的工作压力、精度、可靠性及长寿命等特点。

四是其它部件的设计。

机械手的运动还需要配合其他辅助部件完成，如离合器、节流控制阀、气管等，设计时需要考虑每个部件的配合度和稳定性。

其次，运动学仿真分析的设计是机械手研发的一项重要工作。

通过运用仿真软件，可以模拟机械手的运动，对机械手的参数及结构的优化、修改及改进提供帮助。

运动学仿真分析主要包括以下几个方面：一是建模与导入。

将机械手的三维模型导入到仿真软件中，建立机械手的虚拟模型。

二是建立运动学模型。

对机械手的运动进行建模，包括关节角度、轴向位置、速度以及加速度的变化等。

三是运动分析。

通过对运动学模型的计算，进行机械手运动性能的分析。

通过计算机模拟，可以更好的评估机械手的运动性能，包括工作速度、运动精度、定位精度及负载能力等。

四是参数优化。

基于气动肌肉的双臂机器人系统设计Arm robot system design Based on PneumaticMuscle基于气动肌肉的双臂机器人系统设计摘要随着机器人技术的发展，在工业机器人的基础上，仿人机器人逐渐被重视。

人们希望新型的机器人具有精度高、响应快、承载能力大等特点，同时也希望具有良好的柔顺性，以获得更好的安全性和自恢复能力，具有与人更好的交互能力。

气动肌肉是一种新型的气动执行元件，具有结构简单、功率/自重比大、柔顺性好以及和生物肌肉特性接近等优点，使其在仿生机器人、仿生医学、服务机器人等领域拥有广阔的应用前景。

气动肌肉驱动的机器人手臂是一类具有良好柔顺性能的机器人手臂，在众多领域具有突出的优势[1]。

本文以气动肌肉为驱动装置，设计开发了基于气动肌肉的双臂机器人系统，能完成与人体手臂关节运动一类似的运动行为，为气动肌肉应用在仿人手臂领域做出了新的尝试。

本文设计的基于气动肌肉的双臂机器人系统，单臂具有三个关节、七个自由度。

肩关节具有三个自由度，肘关节和腕关节分别是两个自由度。

其中肩关节的三个自由度分解为两部分执行机构分别完成，肘关节和腕关节的两自由度运动都通过十字轴的连接来实现。

本文对气动肌肉手臂进行了结构设计，在SolidWorks中进行三维建模，直观地表达了机械手臂的三维结构；并对各关节进行了结构参数计算，确定各关节肌肉的分布距离以及关节最大的运动范围；最后对负载进行校核，确定设计的合理性。

在设计结构合理的情况下，利用CAXA绘图软件绘制了基于气动肌肉的双臂机器人系统的二维图纸。

关键词：气动肌肉，机械手臂，关节，七自由度东北大学毕业设计（论文） Abstract Arm robot system design Based on PneumaticMuscleAbstractWith the development of robot technology, on the basis of industrial robots, humanoid robots are being noticed.It is hoped that the new robot with high accuracy, fast response, large carrying capacity and other characteristics, but also hope that it has good flexibility, for better security and self-healing capabilities, with the ability to interact with people better. Pneumatic muscle is a new type of pneumatic actuator, which has the advantages of simple structure, high power / weight ratio, good flexibility, and close to the characteristics of biological muscles, It has a broad application prospects in the field of biomimetic robots, bionic medicine, service robots. Pneumatically driven robot arm muscle is a type of robot arm having a good supple performance, and has outstanding advantages in many fields.In this paper, the pneumatic muscle is driven device, designed and developed a robot arm system based on pneumatic muscles,can be completed with a human arm articulation similar motor behavior,a new attempt is made for the application of pneumatic muscles in the field of humanoid arm.Arm robot system designed in this paper based on the pneumatic muscles, arm with three joints, seven degrees of freedom. Has three degrees of freedom of shoulder, elbow and wrist joints are the two degrees of freedom . Three degrees of freedom in the shoulder joint executive body decomposed into two parts were completed, elbow and wrist motion two degrees of freedom are achieved by connecting the cross shaft.In this paper, the pneumatic muscle is driven device, design the pneumatic muscle arm robot-based systems can be completed with a human arm articulation similar movement behavior, pneumatic muscles used in the field of humanoid arm to make a new attempt.In this paper, the pneumatic arm muscle`s structural were designed, three-dimensional modeling in SolidWorks, visually express the three-dimensional structure of the robot arm; and the joints were calculated structural parameters determined from the distribution of the joints and muscles of the largest joint exercise range;at last, check the data of load, determine the design rationality.In the case of reasonable structure design,CAXA drawing software is used to draw 2D drawings of two arm robotic system based on pneumatic muscle.Keywords: Pneumatic muscle, mechanical arm, joint, seven degrees of freedom.目录毕业设计（论文）任务书 .......................................................... 错误!未定义书签。

气动人工肌肉驱动的仿人腿关节运动控制研究的开题报告一、研究背景随着机器人技术的快速发展，仿人机器人逐渐成为研究热点。

仿人机器人的发展与普及是未来机器人技术发展的趋势，因此仿人机器人的研究将会成为机器人领域未来的重要研究之一。

仿人机器人目前应用广泛，例如制造、服务、医疗等领域，为人类社会的发展做出了重要的贡献。

腿是仿人机器人中最重要的组成部分之一，人们通常用腿来传递身体的负载和运动。

因此，仿人机器人的腿部设计对其正常运动和机器人整体的性能具有很大的影响。

气动人工肌肉是已知的最轻、最紧凑的人工肌肉之一，并且可以模仿自然的肌肉强度调节。

在仿人机器人中的应用，气动人工肌肉可以通过控制气压，快速和均匀地实现腿节的弯曲和伸展，避免了机械传动系统的柿子和迟滞。

同时，气动人工肌肉显著减少了腿的质量，并且在安装和维护方面具有更高的便利性。

因此，本研究的目标是利用气动人工肌肉驱动模块，实现仿人腿关节的运动控制，并开发一种高效的机器人腿部控制系统，以提高仿人腿部的运动精度和稳定性。

同时，该研究将为气动人工肌肉在仿人机器人中的广泛应用提供技术支持。

二、研究内容针对以上研究目标，本研究将从以下三个方面进行研究：1.气动人工肌肉驱动机械腿关节的设计和制造设计和制造能够与气动人工肌肉驱动完美匹配的机械腿关节，并实现腿部的弯曲和伸展运动。

机械腿关节应该具备高精度、低噪音、高稳定性等特点，以满足仿人腿部运动的需求。

2.仿人机器人腿部控制系统的设计和实现设计并实现可靠的仿人机器人腿部控制系统，并实现与气动肌肉驱动机械腿关节的精确协调。

此外，还需要研究基于传感器反馈的控制算法，以提高仿人机器人腿部控制的精度和稳定性。

3.仿人机器人腿部的运动测试和分析通过对仿人机器人进行运动测试和分析，评估气动人工肌肉的运动性能以及设计的腿部控制系统的效果。

同时，通过与传统机械驱动系统进行比较，分析气动人工肌肉驱动系统的优势和不足，为气动人工肌肉在机器人工程领域中的应用提供支持。

气动肌肉驱动仿人臂的设计
隋立明;王祖温;包钢
【期刊名称】《液压与气动》
【年(卷),期】2004(000)009
【摘要】设计了一个由气动肌肉驱动的仿人臂,该臂具有4个自由度,肩部采用虎克铰形式.其具有重量轻、控制容易及柔顺性好等优点.初步试验表明,该仿人臂能够基本实现人类关节的柔顺运动.
【总页数】2页(P7-8)
【作者】隋立明;王祖温;包钢
【作者单位】哈尔滨工业大学气动技术中心,黑龙江,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学气动技术中心,黑龙江,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学气动技术中心,黑龙江,哈尔滨,150001
【正文语种】中文
【中图分类】TP242
【相关文献】
1.基于人体关节的七自由度仿人手臂设计与分析 [J], 戚开诚;高峰;张建军;刘伟
2.遥控气动肌肉驱动仿人机械手的实验研究 [J], 刘爽;金英子;朱红亮;王阶
3.一种气动人工肌肉驱动的七自由度仿人手臂的设计 [J], 彭光正;王毅枫;孙海默
4.气动肌肉驱动仿青蛙游动机器人结构设计 [J], 樊继壮;孔彭城;张伟
5.仿人臂型高压巡线机器人的本体设计与分析 [J], 韩勇;符秀辉
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基于PLC的气动机械手控制系统设计一、本文概述随着工业自动化技术的飞速发展，气动机械手作为实现生产自动化、提高生产效率的重要工具，在各个领域得到了广泛应用。

基于可编程逻辑控制器（PLC）的气动机械手控制系统，以其稳定可靠、易于编程和维护的特性，成为当前研究的热点之一。

本文旨在探讨基于PLC 的气动机械手控制系统的设计方法，包括系统构成、硬件选择、软件编程以及调试与优化等方面，以期为我国工业自动化领域的发展提供参考和借鉴。

本文将简要介绍气动机械手及其控制系统的基本原理和特点，为后续的设计工作奠定理论基础。

将详细阐述PLC在气动机械手控制系统中的应用优势，包括其可靠性、灵活性以及扩展性等方面的优势。

在此基础上，本文将深入探讨基于PLC的气动机械手控制系统的设计方法，包括系统架构的设计、硬件设备的选择、软件编程的实现以及系统调试与优化等方面。

本文将总结基于PLC的气动机械手控制系统的设计要点和注意事项，为相关工程实践提供指导和借鉴。

通过本文的研究，旨在为我国工业自动化领域的发展提供新的思路和方法，推动气动机械手控制系统的技术进步和应用推广。

也期望本文的研究成果能对相关领域的学者和工程师产生一定的启示和借鉴作用，共同推动工业自动化技术的发展和创新。

二、气动机械手控制系统概述气动机械手控制系统是以可编程逻辑控制器（PLC）为核心，结合气动执行元件、传感器以及相应的控制逻辑，实现对机械手的精确控制。

该系统结合了气动技术的快速响应和PLC的灵活编程特性，使得机械手的动作更加准确、迅速且易于调整。

PLC控制器：作为整个控制系统的核心，PLC负责接收和处理来自传感器的信号，根据预设的程序逻辑，控制气动执行元件的动作。

PLC 具有高度的可靠性和稳定性，能够适应各种复杂的工作环境。

气动执行元件：包括气缸、气阀和气压调节器等。

气缸是实现机械手抓取、移动等动作的主要执行机构；气阀用于控制气缸的运动方向和速度；气压调节器则用于调节气缸的工作压力，以保证机械手的稳定性和精确性。

七自由度气动肌肉机械手机构设计及运动控制实现的开题报告标题：七自由度气动肌肉机械手机构设计及运动控制实现摘要：本文主要介绍了一种七自由度气动肌肉机械手的设计及其运动控制实现。

该机械手采用了气动肌肉作为驱动元件，具有高柔性、低噪声、低能耗等优点。

在机械手的设计中，本文采用了模块化设计思想，将机械手分为多个模块，方便后期的维护和更新。

在运动控制方面，本文采用了PID控制算法，对机械手的位置和力进行控制，使得机械手能够实现精准的运动。

关键词：气动肌肉，机械手，七自由度，PID控制一、研究背景与意义机器人技术已经成为了现代工业生产的重要组成部分，机械手作为机器人的重要组成部分之一，具有广泛的应用前景。

机械手的发展趋势是高柔性、低噪声、低能耗，而气动肌肉作为一种柔性驱动元件，越来越受到研究者的关注。

因此，设计一款具有高柔性、低噪声、低能耗的气动肌肉机械手，具有重要的研究价值和应用前景。

二、研究内容本文的研究内容分为两部分，分别是气动肌肉机械手的设计和运动控制实现。

(一) 设计部分机械手的设计采用了模块化设计思想，将机械手分为多个模块，包括气动肌肉模块、驱动模块、传感器模块、手腕模块、手掌模块等。

其中，气动肌肉模块采用肌肉形状的设计，具有强大的柔性和可塑性；驱动模块采用电磁阀控制气动肌肉的介质流动，实现机械手的运动；传感器模块采用光电编码器进行位置传感；手腕模块采用球形联轴器设计，使得机械手能够在多个不同的方向进行旋转；手掌模块采用灵活的设计，能够适应不同的工件抓取。

(二) 运动控制实现部分本文采用了PID控制算法对机械手的位置和力进行控制。

在位置控制方面，通过光电编码器的信号获取机械手的位置信息，然后根据设定的目标位置和当前位置计算出位置误差，并通过PID控制器计算出控制量，最终让机械手到达目标位置。

在力控制方面，本文采用了阻抗控制策略。

在机械手抓取工件时，受到的力会发生变化，本文通过测量机械手末端的力传感器获得机械手的力信息，然后根据设定的阻抗参数计算出控制量，最终使得机械手能够在受到外部力的情况下保持力平衡。

仿人机器手臂运动控制系统设计及性能分析摘要：现代机器人技术的发展已经深入到各个领域，其中机器人手臂的运动控制系统在工业自动化、医疗辅助和日常生活等方面起到了重要的作用。

本文旨在设计和分析一种仿人机器手臂的运动控制系统，通过对系统的设计和性能分析，探讨其在实际应用中的优势和局限性。

1.引言随着科技的不断进步，机器人技术已经成为了现代社会中不可或缺的一部分。

机器人手臂作为机器人系统的关键部件之一，其运动控制系统的设计与性能分析显得尤为重要。

仿人机器手臂的运动控制系统可以使机器手臂更加智能化、灵活化，更好地模仿人类手臂的运动方式，适应各种复杂的任务需求。

2.手臂运动控制系统的设计2.1 控制算法的选择在仿人机器手臂的运动控制系统设计中，控制算法的选择是一个关键性的决策。

常用的控制算法包括PID算法、模糊控制算法和神经网络控制算法等。

在选择控制算法时，需要考虑系统的实际应用需求、控制精度和实时性等因素。

2.2 动力学模型的建立仿人机器手臂的运动控制系统需要建立相应的动力学模型来描述手臂的运动规律。

动力学模型的建立可以通过采集手臂的运动数据，使用逆运动学方法或者基于力/力矩的方法进行建模。

建立合理的动力学模型是实现精确控制的前提。

2.3 传感器的选择与布置在仿人机器手臂的运动控制系统中，传感器的选择与布置是至关重要的。

传感器能够提供机器手臂所需要的外部环境信息，如位置、力、速度等，并将这些信息反馈给控制系统进行相应的调节。

常用的传感器包括位置传感器、力传感器和视觉传感器等。

3.性能分析3.1 运动精度分析仿人机器手臂的运动精度是衡量其性能优劣的重要指标之一。

通过对机械结构的优化和控制算法的改进，可以提高手臂的运动精度，使其更加准确地执行各种任务。

3.2 运动速度分析仿人机器手臂的运动速度也是性能分析的一个关键指标。

较高的运动速度可以提高工作效率，但也需要考虑手臂的稳定性和安全性。

优化控制算法和增加输出功率可以实现更快的运动速度。