气动关节控制策略研究综述

1

作者 蹇秋伟 马庆禄 +1 位作者 王欣宇 邹政 《机床与液压》 北大核心 2025年第9期118-126,共9页

随着科学技术的发展,传统执行器已无法满足新一代智能机器人对轻量化和柔顺性的高要求。气动关节作为一种仿生柔性执行器,正逐渐受到研究者的广泛关注。尤其在新一代智能机器人研究中,气动关节展现出了更好的柔顺性和安全性,为机器人适... 随着科学技术的发展,传统执行器已无法满足新一代智能机器人对轻量化和柔顺性的高要求。气动关节作为一种仿生柔性执行器,正逐渐受到研究者的广泛关注。尤其在新一代智能机器人研究中,气动关节展现出了更好的柔顺性和安全性,为机器人适应复杂工作环境、完成多样化任务提供了有效解决方案。然而,由于气动关节固有的迟滞性和非线性等特性,在实际稳定控制中面临着巨大挑战。为了克服这些难题,研究者们不断探索和改进控制策略。基于此,简要介绍气动关节的基本原理,重点论述近些年来气动关节驱动控制策略的研究进展,并进行分析总结;最后,根据当前的研究现状与未解决的问题,简要分析展望了气动关节控制策略未来的研究方向。 展开更多

关键词 气动关节 柔性机器人 控制策略

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气动关节人工手的研究 被引量：6

2

作者 张立彬 杨庆华 +3 位作者 阮健 陈刚 周泉 都明宇 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第1期84-86,共3页

提出了一种气动关节人工手。通过人手解剖学对手结构和运动分析 ,设计出了气动弯曲关节和气动球关节 ,并通过这些关节的串并联设计出了一只气动关节人工手。研究结果表明这些气动关节可用专用电气数字压力阀得以控制。认为对这种人工手... 提出了一种气动关节人工手。通过人手解剖学对手结构和运动分析 ,设计出了气动弯曲关节和气动球关节 ,并通过这些关节的串并联设计出了一只气动关节人工手。研究结果表明这些气动关节可用专用电气数字压力阀得以控制。认为对这种人工手的研究和开发具有广阔前景。 展开更多

关键词 气动关节人工手 人工手 机械手 人手 机械特性 气动弯曲关节 气动球关节

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机械臂气动关节柔性抓取操控 被引量：4

3

作者 贺道坤 李明 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2023年第2期198-202,共5页

针对机械臂不便于从物件上方直接进行抓取的情况,提出一种机械臂气动关节柔性抓取操控技术。分析机械臂常规抓取方式,剖析机械臂与物件接触间的几何约束关系,开展物件一边被抬起的受力情况。在此基础上,分析气动关节曲率和内压之间的线... 针对机械臂不便于从物件上方直接进行抓取的情况,提出一种机械臂气动关节柔性抓取操控技术。分析机械臂常规抓取方式,剖析机械臂与物件接触间的几何约束关系,开展物件一边被抬起的受力情况。在此基础上,分析气动关节曲率和内压之间的线性关系,构建控制关节内压的机械臂柔性抓取操控技术。通过实物测试验证,采集物件曲率变化所对应手指内压变化情况,获取不同曲率下抓握平衡所需摩擦系数变化情况,通过手指和地面“相互对抗”,使纸条曲率变大且重心右移,从而成功实现了机械臂柔性抓取柔软物件,达到设计目标要求。 展开更多

关键词 机械臂 柔性抓取 气动关节 数据采集

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一种新型气动柔软关节的研制 被引量：4

4

作者 熊克凯 韩建海 《机床与液压》 北大核心 2006年第5期81-82,共2页

提出了一种新型的气动柔软关节,叙述了该柔软关节的结构组成、工作原理和试验特性,它可同时利用正负压驱动产生形变,能够实现伸缩和弯曲运动。试验证明该关节具有良好的控制性能,能较好地模拟人手腕关节的运动。

关键词 柔软 气动关节 压力控制

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气动弯曲关节的特性研究 被引量：9

5

作者 杨庆华 张立彬 阮健 《工程设计学报》 CSCD 2002年第3期159-161,共3页

通过应用弹性力学理论来确定人造气动弯曲关节的弯曲角度和压缩空气压力之间的关系 .建立了系统的数学模型 ,并且通过数字仿真从理论上研究系统的脉冲响应 .通过实验方法测试表明 ,这种人造关节对于信号的输入具有快速的响应 。

关键词 气动弯曲关节 机器人关节 数字系统 压力阀 弹性力学

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基于FPA的新型气动柔性球关节的研究 被引量：4

6

作者 李尚会 杨庆华 +2 位作者 鲍官军 王志恒 张立彬 《浙江工业大学学报》 CAS 北大核心 2009年第6期662-666,共5页

驱动关节是机器人研究的重要基础部件,提出了一种基于气动柔性驱动器(FPA)的新型气动柔性球关节,本球关节采用三个FPA作为驱动器,通过向三个FPA输入不同的气压实现其旋转运动.由球关节力矩平衡的条件,建立了新型气动柔性球关节的数学模... 驱动关节是机器人研究的重要基础部件,提出了一种基于气动柔性驱动器(FPA)的新型气动柔性球关节,本球关节采用三个FPA作为驱动器,通过向三个FPA输入不同的气压实现其旋转运动.由球关节力矩平衡的条件,建立了新型气动柔性球关节的数学模型,根据并联机构位置逆解易求的特点和BP神经网络的特性,建立了合适的BP神经网络模型,求解了新型气动柔性球关节的位置正解,最后通过MATLAB仿真验证了新型气动柔性球关节模型的准确性. 展开更多

关键词 气动球关节 FPA 运动学 神经网络

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气动柔性球关节的模糊PID控制 被引量：8

7

作者 张立彬 鲍官军 +1 位作者 杨庆华 阮健 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第5期407-409,431,共4页

　　介绍了新型气动柔性球关节,讨论了其控制方法。综合模糊控制和 PID控制的特点,设计了针对气动柔性球关节的模糊 PID控制器,实现对球关节弯曲角度、偏转方向等系统参数的动态控制。实验结果表明,模糊 PID 控制可以实时准确地对气动... 　　介绍了新型气动柔性球关节,讨论了其控制方法。综合模糊控制和 PID控制的特点,设计了针对气动柔性球关节的模糊 PID控制器,实现对球关节弯曲角度、偏转方向等系统参数的动态控制。实验结果表明,模糊 PID 控制可以实时准确地对气动柔性球关节进行控制,设计的控制系统可以作为气动柔性球关节的有效控制系统,用于进行相关研究。 展开更多

关键词 气动柔性球关节 模糊PID控制 多指灵巧手 气动人工肌肉

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非完全对称气动柔性弯曲关节力学特性实验 被引量：1

8

作者 邵铁锋 张立彬 +3 位作者 都明宇 鲍官军 罗鑫远 杨庆华 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第11期337-342,323,共7页

为改进柔性机器人驱动器结构及数学模型,提出了一种非完全对称气动柔性弯曲关节及其数学模型。为了实现其实时闭环控制系统,进一步简化了原有数学模型,并对其力学特性进行了实验研究。搭建了力学特性实验平台,并对两种不同规格(长度分别... 为改进柔性机器人驱动器结构及数学模型,提出了一种非完全对称气动柔性弯曲关节及其数学模型。为了实现其实时闭环控制系统,进一步简化了原有数学模型,并对其力学特性进行了实验研究。搭建了力学特性实验平台,并对两种不同规格(长度分别为40、60 mm)的关节进行了测试。采用Matlab曲线及曲面工具箱对测试结果进行分析,得到了新型气动柔性弯曲关节的经验模型。该经验模型表明气动柔性弯曲关节的弯曲角度与初始长度、关节内外气压差、输出力之间存在非线性关系。与简化的数学模型比较,该经验模型具有更高的精度,其中输出角度模型相对误差平均值小于6.7%,输出力模型相对误差平均值小于2%。同时,该经验模型纠正了原有数学模型中,认为关节初始长度与弯曲角呈正比的错误结论。 展开更多

关键词 气动柔性弯曲关节 力学特性 经验模型 曲面拟合

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气动柔性球关节的位姿测量系统研究 被引量：1

9

作者 鲍官军 张立彬 +1 位作者 杨庆华 计时鸣 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第z1期232-233,共2页

基于新型气动人工肌肉提出了一种气动柔性球关节,介绍了气动柔性球关节的结构原理;重点讨论了针对该球关节的位姿测量系统原理及位姿计算方法;给出了实验结果并进行分析,表明设计的位姿测量系统是准确适用的。

关键词 气动柔性球关节 位姿测量 气动人工肌肉

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两自由度气动机器人关节位置伺服模块的研究 被引量：1

10

作者 陈伟 王崎 《组合机床与自动化加工技术》 北大核心 2001年第12期28-30,共3页

利用PCM控制技术 ,研制了气动机器人关节的PCM伺服模块 ,并利用PCM伺服模块对双自由度的气动机器人关节进行位置控制 ,位置控制效果良好。通过本文的研究 。

关键词 PCM控制技术 PCM伺服模块 气动机器人关节

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新型气动弯曲关节手指的运动学分析

11

作者 陈刚 张立彬 +1 位作者 阮健 杨庆华 《机电工程》 CAS 2002年第3期41-44,共4页

提出了一种新型气动弯曲关节手指 ,并应用坐标变换的方法建立了手指的运动学方程。介绍了基于Hopfield网络求解运动学逆解的算法。仿真结果表明 。

关键词 气动弯曲关节 手指 运动学分析 HOPFIELD网络 机器人 轨迹跟踪

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残疾人气动膝关节的设计

12

作者 刘军营 李素玲 徐树秋 《中国康复医学杂志》 CAS CSCD 2000年第2期96-97,共2页

关键词 残疾人 气动膝关节 设计

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气动柔性关节仿生六足机器人步态规划与运动性能研究 被引量：7

13

作者 赵云伟 耿德旭 +2 位作者 刘晓敏 刘荣辉 刘齐 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第2期385-394,418,共11页

采用自主研发的气动多向弯曲柔性关节设计了一种仿生六足机器人。该机器人外形类似蜘蛛,利用腿部柔性关节在气压下的形变进行驱动。针对机器人腿部运动的特点,采用三角步态法,规划了机器人的行进和转弯步态,进行了仿真和实验。依据关节... 采用自主研发的气动多向弯曲柔性关节设计了一种仿生六足机器人。该机器人外形类似蜘蛛,利用腿部柔性关节在气压下的形变进行驱动。针对机器人腿部运动的特点,采用三角步态法,规划了机器人的行进和转弯步态,进行了仿真和实验。依据关节形变机理,建立了机器人运动学模型,确定了本体和足部位置关系,分析了机器人的步距、转角和整体速度,并通过实验加以验证。利用3D运动捕捉系统进行了机器人运动学实验,获得了机器人足部工作空间,分析了在不同气压、步频和负载条件下机器人的运动性能。实验结果表明,按照规划步态,通过气压控制系统协调腿部运动,机器人可实现前进、平移和转弯等功能。该机器人最大运动速度为100 mm/s,可负载能力为0.5 kg。 展开更多

关键词 气动柔性关节 六足机器人 步态规划 运动性能

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气动扇形柔性关节多指灵巧仿人机械手 被引量：6

14

作者 宋钊杰 韩建海 +1 位作者 李向攀 郭冰菁 《河南科技大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2019年第4期17-22,28,5,共8页

为了满足服务型机器人对人机交互动作柔软性、安全性的高要求,基于仿生学理论提出了一种气压驱动扇形柔性关节,并将其用于多指灵巧仿人机械手的构建。采用柔性关节驱动和刚性手部骨骼相结合的设计理念,兼顾手部刚度与柔性。通过关节角... 为了满足服务型机器人对人机交互动作柔软性、安全性的高要求,基于仿生学理论提出了一种气压驱动扇形柔性关节,并将其用于多指灵巧仿人机械手的构建。采用柔性关节驱动和刚性手部骨骼相结合的设计理念,兼顾手部刚度与柔性。通过关节角度的检测和供气压力的调节,实现手指关节弯曲角度和手指抓握力的连续控制。描述了扇形柔性关节的工作原理和结构设计特点,以及手部整体结构的设计,并对机械手抓握动作和功能进行了试验分析。试验结果表明:柔性多指灵巧仿人机械手能够完成各种手势以及对球状、圆柱状和卡片状等物体的抓取。 展开更多

关键词 多指灵巧 仿人机械手 气动扇形柔性关节 运动空间 抓握动作

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气动单向弯曲关节柔性手指静力学特性实验研究

15

作者 刘洪波 孟祥蕊 +3 位作者 耿德旭 武广斌 梁正 许文智 《机床与液压》 北大核心 2022年第11期14-19,共6页

某气动单向弯曲关节柔性手指由人工肌肉和弹性钢板并联组成,弯曲变形时具有大变形和非线性特点,静力学模型十分复杂且不利于控制。为便于实时精准控制,进一步简化手指静力学模型,并对其静力学特性进行实验研究。搭建静力学实验平台,对... 某气动单向弯曲关节柔性手指由人工肌肉和弹性钢板并联组成,弯曲变形时具有大变形和非线性特点,静力学模型十分复杂且不利于控制。为便于实时精准控制,进一步简化手指静力学模型,并对其静力学特性进行实验研究。搭建静力学实验平台,对单肌肉驱动和双肌肉驱动两种不同驱动类型的柔性手指在不同限位面和等外载荷工况下分别进行夹持力和弯曲角度的对比实验。利用MATLAB对实验数据进行处理分析,得到手指夹持力和弯曲角度的经验模型。结果表明:气动单向弯曲关节柔性手指夹持力与弯曲角度、工作气压和驱动肌肉数目之间存在非线性关系;与静力学理论模型相比,该经验模型具有更高的精度,夹持力模型预测误差能控制在0.76 N内,弯曲角度模型误差可控制在6.9°内。 展开更多

关键词 气动单向弯曲关节 柔性手指 夹持力 弯曲角度 经验模型 曲面拟合

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模糊神经滑模控制在气动位置伺服系统中的应用 被引量：3

16

作者 张远深 张文涛 +1 位作者 徐正华 董宗彬 《机床与液压》 北大核心 2008年第5期58-60,64,共4页

针对不确定的气动位置伺服系统的跟踪控制问题,提出了一种基于神经网络的模糊滑模控制策略。该控制器用于控制气动伺服关节机器人,仿真结果表明该控制器对系统的不确定性具有较强的鲁棒性,并且具有良好的跟踪性能。

关键词 不确定性 智能控制 滑模控制 气动关节机器人

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两关节串联柔性手指末端输出力特性研究

17

作者 刘洪波 孟祥蕊 祝燕 《机床与液压》 北大核心 2022年第21期59-62,共4页

柔性手指由双肌肉驱动型单向弯曲关节和单肌肉驱动型单向弯曲关节串联而成,具有2个自由度,弯曲变形时具有大的变形和非线性的特征。根据手指变形规律,采用D-H法创建手指的运动学方程,推导出其对应的力雅克比矩阵,分析手指夹持物体时末... 柔性手指由双肌肉驱动型单向弯曲关节和单肌肉驱动型单向弯曲关节串联而成,具有2个自由度,弯曲变形时具有大的变形和非线性的特征。根据手指变形规律,采用D-H法创建手指的运动学方程,推导出其对应的力雅克比矩阵,分析手指夹持物体时末端受力情况,建立手指末端输出力与两关节气压增量之间的数学模型,该模型表明手指末端输出力与两关节气压增量近似呈正比。通过MATLAB仿真和实验相结合的方法对手指末端输出力进行研究,所建模型的仿真结果与实验结果对比误差较小,基本一致,验证了模型的准确性。 展开更多

关键词 气动单向弯曲关节 串联柔性手指 输出力模型 MATLAB仿真

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基于农业生产的采摘机械臂节点控制系统研究分析 被引量：5

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作者 顾六平 《农机化研究》 北大核心 2018年第9期200-203,共4页

大规模种植多采用垄作栽培方式,且因多种农作物不定期成熟的生长特点,使得人工进行采摘劳动强度和作业量都非常大,研发出一种代替人工的机械则非常必要。采摘机械人的主要机构是机械臂,采用关节型机械臂可以很好地避开植株的茎干,确保... 大规模种植多采用垄作栽培方式,且因多种农作物不定期成熟的生长特点,使得人工进行采摘劳动强度和作业量都非常大,研发出一种代替人工的机械则非常必要。采摘机械人的主要机构是机械臂,采用关节型机械臂可以很好地避开植株的茎干,确保机械臂定位精确,保证采摘成功,因而关节节点的控制至关重要。本研究采用5自由度的关节型机械臂,以气动柔性驱动控制关节,为减少机械臂的操作空间,对机械臂结构参数进行优化。通过试验验证节点控制系统的准确性,结果表明:5自由度控制的关节型机械臂可以灵活避开障碍并可以精确、缓冲地采摘果实。 展开更多

关键词 采摘机械人 关节型机械臂 气动柔性关节 关节构形空间 避障

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