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双向主动弯曲气动柔性关节力学特性分析


21 0 1年 第 6期  液 压 与 气动  3  9 双 向主 动 弯 曲气 动 柔 性 关 节 力 学 特 性 分 析  张金涛 ,耿德旭 , 晓敏 ,张贵兰 ,张玉峰  刘 Me h n a  h r c e itc   n l ss o   — y a t e c a c lc a a trsi s a ay i  ft wa   ci   wo v b n i

gf xbep e ma cjit e dn   eil n u t   n  l   i o Z HANG Jnto  i— ,GE   eX a NG D —U,L U Xio mi I   a — n,Z HAN G i a G  u — n,Z l HANG Yufn     —e g ( 华 大 学 ,吉林 吉 林 北 122 ) 30 1  摘 要 : 文采 用所开发 的伸 长型 气动人 工肌 肉, 该 研制 了一 种具有 双 向主动 弯曲功 能 的 气动 柔性 关 节。   针对该 柔性 关节进行 了轴 向 变形和 弯曲 变形 理论 分析 , 获得 了输入 气体压 力与 关节 变形之 间的数 学公 式 , 并  进 行 了关节 变形 实验研 究 , 为该 类柔性 关节 下一 步动力 学分析 和运动精 度控 制打 下 了基础 。   关键 词 : 工肌 肉; 向 ; 人 双 柔性 关 节 ; 学特 性  力 中图分类 号 : H 3  文献 标识码 :   文章 编号 :0 04 5 ( 0 )60 3 -   T 17 B 10 -8 8 2 1 0 -0 90 1 4 引 言  关节 作为各 类机 器 人 的重 要 部 件 , 其性 能 和驱 动  方式 在很 大程度 上决定 了机器 人 的柔性 程度 和操作 功  能。按关节 驱 动装置 的性质 , 可分 为 电机驱动 、 流体 驱  动 和功能材 料驱 动等关 节类 型 。其 中气 动关节 具有柔  性好 、 清洁 等特点 , 有 良好发 展前景 。 具   目前 , 动柔性 关 节 多数 采 用 各种 类 型 的 气动 人  气 工肌 肉驱动 , 中以美 国学者开 发 的 M Kb e 其 c ibn型人工  肌 肉最 为典 型 , 它是 通 过橡 胶 气 囊径 向膨胀 产生 轴 向  图 1 关 节 结 构  当人 工肌 肉通 人 相 同气 压 时 , P 既 i=P, =1 2  i ,, 34为人 工 肌 肉 编号 ( 2 , 节 沿 z轴 方 向伸 长 。 , 图 )关   当各 人工肌 肉通 人不 同 压力 时 , 节 在轴 向伸 长 的 同  关 时可 实现任 意方 向的弯 曲 。   y   l   收缩 , 实现 关节 的驱 动 。很 多学 者对 此 类柔 性 关 节 进  行 了深入 的研究 l J并 将其 应用 到多 自由度 灵 巧手 、 1 ,     下 肢和手臂 上 。 由于 Mc ib n型人 工 肌 肉为 径 向膨  Kb e 胀 型人工肌 肉 , 关节 径 向结 构不 够 紧凑 。 导致   从 解剖 学角度 看 , 和动 物 的很 多关 节 均 具有 伸  人 屈和 摆动两种 功能 , 现 有关 节 多数 为 单 一 功 能且 本  而 体柔性 不足 。本文采 用伸 长型人 工肌 肉研制 了双 向主  动弯 曲的柔性关 节 , 能实 现 在 空 问上 轴 向伸 长 和两 维  双 向主动弯 曲。   1 柔性关 节 的结构 和工作原 理  一

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