[发明专利]一种伸长型气动肌肉及其动力学建模方法

说明书

本发明公开了一种伸长型气动肌肉，包括伸缩管、编织网和两个终端接头，所述编织网包裹在所述伸缩管的外圈上，所述编织网的长度大于所述伸缩管的长度，两个所述终端接头分别固定连接在所述伸缩管的两端以将所述伸缩管和所述编织网固定连接。本发明还公开了该伸长型气动肌肉的动力学建模方法包括：将所述伸长型气动肌肉等效为阻尼单元、弹性单元和推力单元相并联的结构，得到所述伸长型气动肌肉的动力学模型公式；并分别得到所述阻尼单元的阻尼参数、所述弹性单元的弹性参数和所述推力单元的推力参数。本发明提出的伸长型气动肌肉能够灵活应用于多种场合，且动力学建模方法准确地反映伸长型气动肌肉的动态特性，为对伸长型气动肌肉的研究打下基础。

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种伸长型气动肌肉及其动力学建模方法。

背景技术

气动肌肉是一种简单的新型气动驱动器，具有功率比大、柔顺性好、安全性高等特点。气动肌肉可以分为两类：收缩型气动肌肉和伸长型气动肌肉。其中收缩型气动肌肉广泛应用于驱动机械灵巧手、仿生四足机器人、外骨骼助力装置等，而伸长型气动肌肉的研究目前仍处于初步阶段。伸长型气动肌肉除了具有收缩型气动肌肉柔顺、结构轻巧等优点之外，还具有良好的延伸能力，这使其可以灵活使用于多种场合，比如仿象鼻机器人、仿章鱼爪机器人等。在以上应用研究中发现，气动肌肉是一种集成机-电-气一体化的复杂系统，因此设计伸长型气动肌肉并对其进行动力学建模是非常重要的。

目前，气动肌肉动力学研究方法主要可以分为三种：第一种是物理几何建模，即根据气动肌肉本身的物理和机械特性来建立动力学模型，这种建模方法要求充足的基础知识，能够根据编织网和橡胶管的几何形状建立力平衡方程；第二种是唯象建模，即根据已知的模型结构对气动肌肉进行等效，这种建模方法不需要对气动肌肉的物理几何特性做透彻的分析，往往通过特定的实验即可辨识出模型的参数；第三种是拟合建模，即先通过实验测试气动肌肉的特性，再根据测得的数据拟合气动肌肉的模型，而由于实验中，不确定因素有很多，所以这种建模方法需要大量的实验数据。以上研究方法在气动肌肉的动力学建模中都取得了一定进展，然后，以上研究主要集中在收缩型气动肌肉，针对伸长型气动肌肉的动力学建模及其影响参数分析的方法尚待研究。

以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出一种伸长型气动肌肉及其动力学建模方法，伸长型气动肌肉能够灵活应用于多种场合，且动力学建模方法准确地反映伸长型气动肌肉的动态特性，弥补了对伸长型气动肌肉的研究空白，为对伸长型气动肌肉的研究打下基础。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明公开了一种伸长型气动肌肉，包括伸缩管、编织网和两个终端接头，其中所述编织网包裹在所述伸缩管的外圈上，所述编织网的长度大于所述伸缩管的长度，两个所述终端接头分别固定连接在所述伸缩管的两端以将所述伸缩管和所述编织网固定连接。

优选地，所述编织网的交叉角度大于54.7°。

优选地，所述伸缩管采用橡胶管。

本发明还公开了一种上述的伸长型气动肌肉的动力学建模方法，包括：将所述伸长型气动肌肉等效为阻尼单元、弹性单元和推力单元相并联的结构，得到所述伸长型气动肌肉的动力学模型公式；并分别得到所述阻尼单元的阻尼参数、所述弹性单元的弹性参数和所述推力单元的推力参数。

优选地，所述伸长型气动肌肉的动力学模型公式为：

式中，m为负载质量，g为重力加速度，y、分别为所述伸长型气动肌肉末端的伸长位移、速度和加速度，k_p、b_p、f_p分别为弹性参数、阻尼参数和推力参数。