基于气动人工肌肉驱动的多关节机械手指动力学仿真7968364

气动机械手关节结构设计及运动学仿真分析毕业论文第1章绪论1.1研究气动机械手的意义近20年来，气动技术的应用领域迅速拓宽，尤其是在各种自动化生产线上得到广泛应用。

电气可编程控制技术与气动技术相结合，使整个系统自动化程度更高，控制方式更灵活，性能更加可靠；气动机械手、柔性自动生产线的迅速发展，对气动技术提出了更多更高的要求；微电子技术的引入，促进了电气比例伺服技术的发展。

现代控制理论的发展，使气动技术从开关控制进入闭环比例伺服控制，控制精度不断提高；由于气动脉宽调制技术具有结构简单、抗污染能力强和成本低廉等特点，国内外都在大力开发研究[1]。

从各国的行业统计资料来看，近30多年来，气动行业发展很快。

20世纪70年代，液压与气动元件的产值比约为9:1，而30多年后的今天，在工业技术发达的欧美、日本国家，该比例已达到6:4，甚至接近5:5。

我国的气动行业起步较晚，但发展较快。

从20世纪80年代中期开始,气动元件产值的年递增率达20％以上，高于中国机械工业产值平均年递增率。

随着微电子技术、PLC技术、计算机技术、传感技术和现代控制技术的发展与应用，气动技术已成为实现现代传动与控制的关键技术之一。

传统的机器人关节多由电机或液(气)压缸等来驱动。

以这种方式来驱动关节，位置精度可以达到很高，但其刚度往往很大，实现关节的柔顺运动较困难。

而柔顺性差的机器人在和人接触的场合使用时，容易造成人身和环境的伤害。

因此，在许多服务机器人或康复机器人研究中，确保机器人的关节具有一定的柔顺性提高到了一个很重要的地位。

人类关节具有目前机器人所不具备的优良特性，既可以实现较准确的位置控制又具有很好的柔顺性。

这种特性主要是由关节所采用的对抗性肌肉驱动方式所决定的。

目前模仿生物关节的驱动方式在仿生机器人中得到越来越多的应用。

在这种应用中为得到类似生物关节的良好特性，一般都采用具有类似生物肌肉特性的人工肌肉。

气动肌肉是人工肌肉中出现较早、应用较广泛的一种驱动器，具有重量轻、结构简单及控制容易等优点，在类人机器人、爬行机器人及康复辅助器械中得到了应用。

南京工程学院毕业设计说明书(论文)系部：机械工程学院专业：机械电子工程题目：基于气动人工肌肉驱动的多关节机械手指动力学仿真指导者：闫华副教授评阅者：2015 年 5 月南京毕业设计说明书（论文）中文摘要由于气动人工肌肉比重小、结构紧凑，占用空间小等优点，本文提出一种曲柄滑块机构来驱动手指弯曲，让气动人工肌肉驱动滑块运动，首先设计气动肌肉手指关节结构，并用SolidWorks绘制手指的三维图，利用ADAMS和MATLAB 进行动力学联合仿真，在手指端设置一定的负载，输入手指三个关节的直线驱动，观察手指末端的角速度变化和三个驱动力的变化，最后根据气动肌肉的驱动原理进行了气动肌肉灵巧手关节运动的控制研究，利用比例压力阀对气动肌肉压力进行控制，使气动肌肉横向收缩带动滑动移动，从而实现对手指关节弯曲角度的控制。

关键词：仿人灵巧手；关节设计；气动肌肉；动力学仿真毕业设计说明书（论文）外文摘要Title Dynamic simulation of multi joint robotic fingers based on pneumatic muscle driven muscle AbstractBecause of the small proportion of pneumatic muscle, compact structure and small space occupancy, etc. In this paper, a slider crank mechanism drive the finger bending. The slider crank mechanism is driven by artificial muscles, Firstly, designing pneumatic muscle finger joint structure, And with the SolidWorks drawing fingers entity graph, using ADAMS and MATLAB co-simulation of the dynamics, the fingertip set certain load, input linear drive of the three joints of the fingers, to observe the change of the angular velocity of the finger tip and three driving force of change, finally according to the driving principle of the pneumatic muscle was analyzed by gas dynamic muscle dexterous order to realize the control of the flexion angles of finger joints.Keywords: Dexterous ; Pneumatic muscles; Dynamic simulation目录前言 (1)第一章绪论 (2)1.1课题项目的背景 (2)1.2气动人工肌肉多关节手指的国内外发展现状 (2)1.3气动技术的介绍以及发展前景 (4)1.4论文研究的内容和方法 (6)第二章多关节手指的结构设计及建模 (7)2.1 气动肌肉的介绍 (7)2.1.1 气动肌肉的内部结构 (7)2.2 气动机械手指的基本结构 (8)2.2.1 绘图软件SoildWorks介绍 (8)2.2.2 整体设计方案的设计 (8)2.2.3 手指的关节设计 (9)2.2.4手指关节的建模 (11)2.3 灵巧手指的装配和三维模型的导出 (11)第三章多关节手指的动力学仿真分析 (12)3.1仿真软件ADAMS和MATLAB简介 (12)3.2 动力学仿真过程介绍 (13)3.2.1 ADAMS参数设置过程 (13)3.2.2 建立MATLAB控制模型 (16)3.3 动力学仿真结果分析以及结论 (17)第四章气动肌肉灵巧手指的控制系统设计 (18)4.1气动肌肉回路原理和设计 (18)4.1.1气动回路器件的选择 (19)4.2灵巧手指的关节控制系统 (20)4.2.1控制系统的原理 (20)4.2.2控制系统的硬件选择 (21)4.3 DA控制界面的设计和程序的编写 (22)|第五章结论及总结 (24)参考文献 (25)致谢 (26)前言随着机器人技术的日益成熟，工业机器人极有可能最终取代机床，成为新一代工业生产的基础。

气动肌肉驱动的上肢康复机器人动力学仿真
马晓君;费钰超;刘德胜;金鑫;刘训报;孔德权;王超阳
【期刊名称】《佳木斯大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2024(42)2
【摘要】针对目前外骨骼机器人本体结构复杂,人机交互安全性不高的问题,结合驱动系统中气动人工肌肉的轻质、大驱动力、高柔顺性和接近人体肌肉的特性,提出一种基于气动肌肉的外骨骼上肢康复机器人。

采用蒙特卡罗方法获得机器人的安全工作空间,并基于拉格朗日方程对外骨骼上肢康复机器人进行动力学建模,通过MATLAB软件对上肢康复机器人动力学特性仿真。

【总页数】5页(P24-27)
【作者】马晓君;费钰超;刘德胜;金鑫;刘训报;孔德权;王超阳
【作者单位】佳木斯大学机械工程学院;佳木斯大学信息电子技术学院;佳木斯大学佳木斯市中心医院
【正文语种】中文
【中图分类】TP242
【相关文献】
1.基于气动肌肉的可穿戴式上肢外骨骼助力机器人动力学仿真
2.一种气动驱动新型上肢康复机器人
3.气动肌肉驱动的康复机器人关节建模及位置模糊控制
4.四足机器人气动人工肌肉驱动的仿生柔性机体动力学分析
5.基于气动肌肉驱动的下肢康复机器人设计与仿真
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

专利名称：一种基于气动人工肌肉的自适应多自由度仿人机械手
专利类型：发明专利
发明人：金英子,毛文波,向新贤,余辅波
申请号：CN201410841137.X
申请日：20141229
公开号：CN104589310A
公开日：
20150506
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及一种基于气动人工肌肉的自适应多自由度仿人机械手。

目的是提供的机械手应具备人手的一些基功能，并具有实用、柔顺、安全、体积小、轻巧、易控制以及机构简单的特点。

技术方案是：一种基于气动人工肌肉的自适应多自由度仿人机械手，包括气路控制系统；该仿人机械手还包括机械手机构以及人工肌肉系统。

机械手机构包括机械大臂、机械小臂、手以及五个手指；所述人工肌肉系统包括驱动机械大臂的若干根第三气动人工肌肉和若干根第四气动人工肌肉、驱动机械小臂的若干根第一气动人工肌肉、驱动腕关节的若干根第五气动人工肌肉以及驱动五个手指的若干根第二气动人工肌肉。

申请人：浙江理工大学
地址：310018 浙江省杭州市下沙高教园区白杨街道2号大街5号
国籍：CN
代理机构：杭州九洲专利事务所有限公司
代理人：王洪新
更多信息请下载全文后查看。

专利名称：气动人工肌肉驱动的仿人灵巧手结构专利类型：发明专利
发明人：余麟,彭光正,范伟,刘昊
申请号：CN200610066259.1
申请日：20060331
公开号：CN101045300A
公开日：
20071003
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：一种气动人工肌肉驱动的仿人灵巧手结构，主要由拇指骨(1)，食指骨(2)，中指骨(3)，无名指骨(4)，小指骨(5)，拇指连接掌(6)，中间掌(7)，小指连接掌(8)和人工腱(9)组成，其中，除拇指骨(1)稍有不同以外，其他四指结构形式相同，皆由远指单元体(A)，中指单元体(B)和近指单元体(C)组成；四指与指掌连接件(71)相连接，再通过横向运动关节(72)与中间掌(7)和小指连接掌(8)相连接；拇指骨(1)通过拇近指关节(14)与拇指连接掌(6)连接；手骨总计有21个关节，17个自由度，可实现手指骨的屈伸和外展动作，拇指骨(1)与食指骨(2)间呈20度角，四指骨中心线距为20mm，拇指横向运动0度至60度，四指横向运动负15度至正15度，关节运动范围为0度至90度。

本发明与气动人工肌肉配套使用，手指运动空间大，具有很强的亲和力，结构简单，使用维护修理简易。

申请人：北京理工大学
地址：100081 北京市海淀区中关村南大街5号
国籍：CN
代理机构：小松专利事务所
代理人：洪善信
更多信息请下载全文后查看。

本科毕业设计(论文)课题名称：气动机械手关节结构设计及运动学仿真分析摘要随着微电子技术、传感器技术、控制技术和机械制造工艺水平的飞速发展，机器人的应用领域逐步从汽车拓展到其它领域。

在各种类型的机器人中，模拟人体手臂而构成的关节型机器人，具有结构紧凑、所占空间小、运动空间大等优点，是应用最为广泛的机器人之一。

尤其由柔性关节组成的柔性仿生机器人在服务机器人及康复机器人领域中的应用和需求越来越突出。

本课题重点在于气动机械手关节结构参数化设计和其可行性分析。

由于气动肌肉柔性关节的研究历史短、资料少，肌肉本身的动特性还在研究中，因此本课题具有一定的难度，在研究过程中注重静态指标的满足。

本文重点解决的问题——结构设计及仿真。

本课题中主要内容是：（1）设计气动机械手关节结构；（2）关节结构的参数设计；（3）用仿真软件进行运动过程模拟分析以此来改善结构设计，直到得出满意的结果为止。

目标：满足气动机械手关节结构的设计要求。

关键词：气动肌肉；结构设计；气动机械手关节；运动学仿真AbstractWith the rapid development of microelectronic technology, sensor technology, control technology and the rapid development of mechanical manufacturing technics, the application of robots is expanded from cars to other fields progressively. In all types of robots, the joint-type robot which is composed of the simulation of human arms, has great advantages such as compact construction, little space accounted, and wide motion space, is one of the most widely used robots.In particular, flexible bio-robot which is composed of flexible joints is applicated and needed more and more prominent in the field of service and rehabilitation.The focus of this subject is the machanism design and its feasibility analysis of the pneumatic muscle arm joints, and then finish the mechanical design of the machanism parts of anthropomorphic robot joint. Because research history of pneumatic muscles flexible joints is short, information is little, the dynamic characteristics of the muscle is still under study, this subject has certain difficulty, and pay attention to the satisfaction of the static index in the course of studying.The problem this passage mainly resolves----mechanical design and simulation. The main content of this subject:(1) Design the joint structure of pneumatic manipulator;(2) Parametric design of the joint structure;(3)Using simulation software to simulate structure in order to improve the mechanical design until obtain the satisfactory result.Goal: Achieve the optimized designing of pneumatic manipulator.Key words: Pneumatic muscles; Structural design; Pneumatic manipulator joint; Kinematics emulation目录摘要Abstract第1章绪论 (1)1.1研究气动机械手的意义 (1)1.2 气动机械手在国内外的发展现状及应用 (2)1.3 气动技术发展状况及优缺点 (4)1.4 气动机械手的发展方向 (6)第2章气动机械手关节结构形式设计 (8)2.1 气动肌肉结构、特性及模型 (8)2.1.1 气动肌肉的基本结构 (8)2.1.2 气动肌肉的特性 (8)2.1.3 气动肌肉的模型 (9)2.2 气动机械手的基本结构 (11)2.3 气动机械手关节结构设计 (12)2.3.1 关节的基本方式 (12)2.3.2 肩关节结构设计 (12)2.3.3 肘关节结构设计 (14)2.3.4 腕关节结构设计 (16)第3章气动机械手关节结构参数设计 (18)3.1参数设计优点 (18)3.2 肩关节结构参数设计 (18)3.2.1 第一肩关节结构参数设计 (18)3.2.2 第二肩关节结构参数设计 (20)3.2.3 第三肩关节结构参数设计 (22)3.3 肘关节结构参数设计 (23)3.3.1 X轴方向上的结构参数设计 (23)3.3.2 Y轴方向上的结构参数设计 (24)3.4 腕关节结构参数设计 (26)第4章气动机械手关节的模拟仿真 (27)4.1 仿真内容 (27)4.2 仿真方法 (27)4.3 气动机械手关节的运动学分析 (28)4.3.1 第一肩关节的运动仿真及分析 (28)4.3.2 第二肩关节的运动仿真及分析 (28)4.3.3 肘关节X轴方向的运动仿真及分析 (29)4.3.4 肘关节Y轴方向的运动仿真及分析 (30)4.3.5 腕关节X轴方向的运动仿真及分析 (31)4.3.6 腕关节Z轴方向的运动仿真及分析 (32)4.3.7 第一二肩关节，肘关节X轴方向，腕关节X轴方向的运动仿真及分析 (32)4.3.8 第一二肩关节，肘关节Y轴方向，腕关节Z轴方向的运动仿真及分析 (33)第5章结论 (33)参考文献 (34)致谢 (36)第1章绪论1.1研究气动机械手的意义近20年来，气动技术的应用领域迅速拓宽，尤其是在各种自动化生产线上得到广泛应用。

气动人工肌肉驱动仿人灵巧手的设计
范伟;余麟;刘昭博;刘昊;彭光正
【期刊名称】《机床与液压》
【年(卷),期】2006(000)008
【摘要】提出应用气动人工肌肉的五指灵巧手设计方案,包括各手指的结构设计以及手指与手掌的连接设计,手指采用腱传动方式,灵巧手总共具有17个自由度.手指端有滑觉传感,手掌中有握紧力传感.该灵巧手具有充分的自由度,结构紧凑、新颖,并具有力知觉能力,仿生性好.
【总页数】4页(P62-65)
【作者】范伟;余麟;刘昭博;刘昊;彭光正
【作者单位】北京理工大学自动控制系,北京,100081;北京理工大学自动控制系,北京,100081;北京理工大学自动控制系,北京,100081;北京理工大学自动控制系,北京,100081;北京理工大学自动控制系,北京,100081
【正文语种】中文
【中图分类】TP2
【相关文献】
1.气动人工肌肉驱动灵巧手的设计与研究 [J], 张氢;覃昶;孙远韬
2.一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
3.气动人工肌肉驱动器驱动六足爬行机器人的步态选择和结构设计 [J], 张之璐;彭光正;朱智乾;范伟
4.气动人工肌肉驱动仿人灵巧手的结构设计 [J], 彭光正;余麟;刘昊
5.气动人工肌肉驱动仿人肩关节机器人的设计及力学性能分析 [J], 刘昱;王涛;范伟;王渝;黄清珊
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。