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外 文 翻 譯 系 別 機(jī)電信息系 專 業(yè) 班 級(jí) 姓 名 學(xué) 號(hào) 導(dǎo) 師 機(jī)械科學(xué)與技術(shù)21（2007）1018 ~ 1027 兩個(gè)軸氣動(dòng)人工肌肉機(jī)械手的一種新的相平面切換控制方法控制 摘要 康復(fù)機(jī)械手的使用已經(jīng)由于功能康復(fù)治療對(duì)肢體的需求成為一個(gè)日益重要的問(wèn)題。一種新型 的氣動(dòng)人工肌肉致動(dòng)器（PAM）–所提供的安全性和流動(dòng)性援助以執(zhí)行任務(wù)的人類達(dá)到日 益普及，以及提供一個(gè)具有高強(qiáng)度和高功率/重量比，成本低，體積小，便于維修，清潔， 隨手可得，廉價(jià)的電力來(lái) ， –已 使用 治療機(jī)械手 來(lái) ， 別 需要 高 平的安全性。 ， 一 的 性， 氣 可 性和 的執(zhí)行 來(lái)的 力動(dòng) ，導(dǎo)致 ?動(dòng)能力的￠￡。?外，為￥? 助康復(fù)機(jī)械手§有currency1， '“?人的?體?fifl –??。為￥·個(gè) 的，機(jī)械手??? 有?流”制動(dòng)器（MRB）。一種新的相平面使用MRB切換控制方法提?￥…‰ ? `。 ′?使用制?的兩個(gè)軸PAM機(jī)械手ˉ?˙ˉ￥¨ 法的有currency1性。ˉ?˙?，¨機(jī)械手的? 性可以 對(duì)? ??和外?ˇ— 的 率的” 使用高 益控制 ， 低 度， 低PAM的 器的 度。? a 氣動(dòng)人工肌肉 相平面 控制 機(jī)械手 ?流”制動(dòng)器 1。???o 需要由 ′ 和 ? 的 ? ?康復(fù)的人?，和?動(dòng)功能的問(wèn)題，由于 已高，全???以??? ?。機(jī)械手的康復(fù)?的 用具有 的 。功能 復(fù)的治療 ′常 進(jìn)行￥醫(yī)學(xué)治療師 人的基礎(chǔ)，但自動(dòng)設(shè)備已經(jīng)投?到物理治療程序重復(fù)?程相對(duì) ?單，ˉ用， 連續(xù)被動(dòng)?動(dòng)機(jī)，步行訓(xùn)練?置，和用于單軸扭矩機(jī)（DOI，1993街 Al。，1994 傅 人，1995）。本文論述￥功能康復(fù)治療，?體康復(fù)的一個(gè)重要方面。網(wǎng)格? 密治療機(jī)已創(chuàng)建 （安清，2004 2005 2005b）。 ，多 機(jī)械手要ˉ現(xiàn)§逼真的?動(dòng)模式，從 § 有currency1的治療 必要的?！しN機(jī)械手必須有一個(gè) 人類使用高安全的。PAM機(jī)械手已被用來(lái)構(gòu)建一個(gè)兩自由度（DOF）治療機(jī)械手。二自由度 機(jī)械手 功能 復(fù)的治療由氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的 發(fā) 佐貝爾（Zobel 人。，1999）和 raparelli（raparelli 人。，2001 2003）的柳巷芳草biorobotic系統(tǒng)的人工肌肉致動(dòng)器（柳 巷芳草 人。，1999 2000 2002 2003）氣動(dòng)肌肉方面的koeneman（koeneman治療?置 人。，2004）與人友好的治療機(jī)械手（Thanh和安，2006 ）。 ， 一 的 性， 氣的可 性和 的執(zhí)行 來(lái)的 力動(dòng) 能力的￠￡，導(dǎo)致 ?動(dòng)。 ?外，ˉ施§有currency1的康復(fù)，機(jī)械手必須'“?人的?體?fifl –??。為￥·個(gè) 的， 一個(gè)新的技術(shù)，電流”液 器（ER 器），已被 用到PAM機(jī)械手。noritsugu和他的 團(tuán)隊(duì)使用ER 器來(lái) 控制性能的PAM機(jī)械手與PI控制器和脈沖codemodulated 閥（noritsugu 人。，1994）。′?分離的 器產(chǎn)生的 轉(zhuǎn)矩和 ?域 高 益控制 的 度，結(jié)果表?電流” 器用于ˉ際可用的一種有currency1方法，人類友 好的機(jī)械手使用的PAM機(jī)械手。?外，位置控制 無(wú) 度 的 進(jìn)。 ，一 的 性 礙￥技術(shù)，由于電流”液（ERF）要求很高的控制電 （kV），· 有問(wèn)題的， 的，潛 的危險(xiǎn)，只工? 一個(gè)較窄的溫度范圍（和一個(gè) 適合的PAM機(jī)械手）， 表現(xiàn)?非線性 征。因?yàn)橛泻芏?可接受的￠點(diǎn)電流，?流”流體（MRF）一直被認(rèn)為 表1?列?的優(yōu)點(diǎn) 一個(gè)有吸 力的選擇，和最 已被用于治療人類友好的機(jī)械手 （Thanh和安，2006 ）。雖 ·些系統(tǒng) 解決光滑的致動(dòng)器的?動(dòng) 的步驟??成功， 假設(shè)兩個(gè)軸PAM機(jī)械手 用 未來(lái)治療機(jī)械手，· 我們研究的最終 標(biāo)， 要ˉ現(xiàn)快 的 ，即使外?慣性ˇ—” 劇烈和 ? 無(wú)以 同的 率。 因?，要ˉ現(xiàn)良好的控制性能，一個(gè)MRB?備的機(jī)械手 。相平面使用MRB切換控制 方法提?￥…‰ ? `的情fi ，和 法的有currency1性 ′? 及一二軸PAM機(jī)械手ˉ?˙ ??！?結(jié)果表?，¨機(jī)械手的? 性可以 高 益控制 率的? 和外? 的” ， 有 低 度和兩個(gè)軸PAM機(jī)械手 度低。 2?！??置 2.1ˉ??置 ·兩個(gè)軸氣動(dòng)人工肌肉機(jī)械手 1所 。的 表1。流”流體相比。 1。兩個(gè)軸氣動(dòng)人工肌肉機(jī)械手 2。氣動(dòng)人工肌肉機(jī)械手的工? 理。 3?！?設(shè)備的 。 4。建設(shè)工?。 –人工肌肉和外?ˇ—轉(zhuǎn)動(dòng)， 2所 的結(jié)果 的 力 。 度，1θ和2θ，與 轉(zhuǎn) 器 量（Metronix，S48— 8-3600zo）和 到? 機(jī)′?一個(gè)24位的? ??器 （研 PCL，833）。外?慣性ˇ —可以從20” [ KGF·cm2 ] 40 [ KGF·cm2 ]，200 [ % ]的” 相對(duì)于最小慣性ˇ— ? ?? 同 率的 `（ ?）被認(rèn)為 。ˉ?0.4范圍[MPa] 力和控制 進(jìn) 行的 C 。 3 的 ˉ??置的 。 對(duì)2.2個(gè) 點(diǎn) 的MRB的設(shè)? 4所 。轉(zhuǎn) 軸 ，可相對(duì)于 體 轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn) 和 體 的 ?￠ ￡MRF。的MRB制動(dòng)力矩可由 ?線￥的電流控制。?流”液的表?§度 ?currency1?的 用 '“的? ” ， 有?currency1的 ?！於鹊??。 面的ˉ? fiflMRB的 點(diǎn) 量?“ 5和表3。MRB與扭矩 –器和??電機(jī)連接系列。 ˉ??，轉(zhuǎn) 從100” [轉(zhuǎn)] 1000 [轉(zhuǎn)]和所施?的電流從0到1的[ ] [ ]。·些范圍 因?yàn)橄到y(tǒng)的 達(dá) 到1000 [轉(zhuǎn)]和最 電流用于MRB 1 [ ]。 5 ￥ 力矩與??電流的” （a）和 （b）轉(zhuǎn) 的MR制動(dòng)。從 5，· ，對(duì) 扭矩 ?的 轉(zhuǎn) 度和 ? 比于??電流。因?，方程（1）的??電流 和 轉(zhuǎn)矩的結(jié)?? 表3。對(duì) 量?“。 W 轉(zhuǎn) [rpm] I ?的 用[J]. ·”，A和B 常?? 使用 點(diǎn)MRB …線。 3?？刂葡到y(tǒng) 3.1位置控制系統(tǒng) ·種PAM機(jī)械手的控制， 統(tǒng)的PID控制 法?為本研究的基本控制器?？刂破鞯??能 ? 域 表 以‰ ? `′”換（?）產(chǎn)量 所得的 ?ˉ?的PID控制器 ?˙序列K可以表 為一個(gè)¨型的ˉ?執(zhí)行 ??u（k）和E（k） 控制??到設(shè) 點(diǎn)和 點(diǎn)的?? 的控制閥和 ，分別。 ?外，使用MRB fl和的 和提高的PAM機(jī)械手的控制性能的有currency1?? 度（因?yàn)椤?? ?高的??的?ˇ）。 ·”，s —普— ”量，· 由 機(jī)械產(chǎn)生的扭矩，TC 轉(zhuǎn)矩，KED ? 扭矩 度θ比 益，和VC 由方程? 的 控制電 （1）產(chǎn)生TC。 轉(zhuǎn)矩的 方 與 轉(zhuǎn)方 相 的手 。因?，方程（6）低于表?， 器產(chǎn)生的 轉(zhuǎn)矩結(jié)??。 所提?的相平面切換控制方法的結(jié)構(gòu) 6所 。 3.2 統(tǒng)相平面切換控制方法 7 ￥ 統(tǒng)相平面切換控制方法。 ?域?，手 的方法所需的 度 度，一個(gè)~ B，C ~ D， 7（a）， ? 適用的， ¨??（ ?）B ~ C，D ~ E， ? 用于提高§快 到 的 度的 性能。雖 系統(tǒng) ?? 成功 ，·的?量 （與 ）由于 ? ` a控點(diǎn)? ??（C，E ）。?外，假設(shè)2軸PAM機(jī)械手 用 未來(lái)的治療機(jī)械手（我們 研究的最終 標(biāo)），·要ˉ現(xiàn)快 ，即使外?慣性ˇ—” 劇烈和 ? ，一個(gè) 發(fā)生的 率范圍 的 率無(wú) 。 3.3個(gè) 題的相平面 控制 法的新 轉(zhuǎn)矩T B，· ?式1所 ，提高￥機(jī)械手的 性能。由于 的機(jī)械手的轉(zhuǎn)動(dòng)方 相 的轉(zhuǎn)矩的?用，?? 性能? 。 ?域?的 的方法所需的 度 度，O ~ A，B ~ C，D ~ E，F(xiàn) ~ G， 8（a）， ? 適用由于高 度 必需的。 ′?所需的 ?域，即對(duì) ?的~ B，C ~ D，E ~ F，G 8 ~ H （一），電流被施?到 性能，從 使 §快? 到 的 度。要? ? 施 ??currency1，相平面。 6。的相平面 控制的新 o 。 7。常 的相平面切換控制方法。 8（b）用。 相平面 的 軸線對(duì) 的 E Rθ所需 度和 度θ ，與 直軸對(duì) 于 ? 的 導(dǎo)?，e de DTθ= =?。 個(gè)點(diǎn)的相平面 的一個(gè)~ H對(duì) 于 8?同˙的 ?點(diǎn) （一）。 ·”，與 ? 用的?域 由1 1 1 2 h控制（S?），H（S?），的 度 8。相平面切換控制方法的新 。 8線（B）。 轉(zhuǎn)矩的 用 ?域控制為1 h和2 h?？刂?MRB 用??的優(yōu) 需要 低 度。提?的控制器的有currency1性 ˉ?研究。 4?！?結(jié)果 · 研究?，一二軸PAM機(jī)械手 用相平面 控制器，新 的控制器，和ˉ?用 ? ?為? ?? 兩個(gè) 同的 率進(jìn)行（f = 0.3 Hz和0.5 Hz）。兩個(gè)外?慣性—? （—?1 = 20 [ KGF·cm2 ] ˇ—2 = 40 [ KGF·平方 ]）進(jìn)行￥ ?（ˇ—連接到 2 ?）。?外，常 的PID控制器，¨控制器的比較。 ??，進(jìn)行￥ˉ??˙， 同的??? 率所提?的控制器的有currency1性（ 點(diǎn)1）。 9 的比較 統(tǒng)的PID控制器，¨控制器 合1ˉ?結(jié)果的有currency1性和所提?的控制 10相對(duì)于 9。常 PID控制器和控制器 的比較（1）。 F = 0.3Hz和F = 0.5Hz。 ˉ??，所提?的控制器的 始值設(shè)置為6，P 190 10 K =×?，6 我10 10 K =×?，6 D 150 10 K =×?，ED 0.015 k = 1，2 C 0.8，1，2，T = H =?H =。′?? ?和錯(cuò) ，得到￥·些??。·些ˉ?結(jié)果表?，有一個(gè) 的…‰ 和? 相對(duì)于? ? ?的 率的 ? 當(dāng)?用PID 控制器 率為0.5Hz， 沉 ? 少，…‰性能 保˙使用所提?的控制器。 力矩 適用于快 ?，機(jī)械手 始移動(dòng)，和 轉(zhuǎn)矩的MRB 用到PAM摩 的 轉(zhuǎn)軸 10。所提?的控制器的ˉ?結(jié)果（1） 機(jī)械手 少超fl ?， 器達(dá)到所需的 度。?次，ˉ?研究￥相對(duì)于 同的? ?? 的 率控制性能（ 點(diǎn)2）。?外，外?的慣性ˇ—（ˇ—1 = 20 [ KGF·cm2 ] ˇ—2 = 40 [ KGF·平方 ]）連接到 的端 11。常 PID控制器和控制器 的比較（接頭2，ˇ—1）。 2，和控制??的設(shè)置 1相同的接頭。 11和 12 的PID控制器和所提?的比較 對(duì)于 ?的? ?? 率和外?的 始?— 控制器?！ば? 表?，有一個(gè) 的 和 ? 的 和§ 發(fā)生相對(duì)于? ?? 率的 ?，以及 ?外? 始?—。 ˉ?? PAM的機(jī)械 同 與? 使用新的相平面 控制器。建議的新的相平面 控制 法的有currency1性也 ? 。13和14。ˉ?結(jié)果表?，一個(gè)良好的控制性能和較強(qiáng)的魯 棒性 力 1?。常 PID控制器和控制器 的比較（接頭?，ˇ—?）。 獲得， 依賴于外?的 始ˇ?使用所提?的控制方法?！ば?結(jié)果表?， 轉(zhuǎn)矩施?和釋放非常 繁?'“所需的 度的方法。結(jié)果表?，所提?的 法 各種外??—?用 有currency1的和 依賴于 ? ?? 率。?外，“￥解，PAM的機(jī)械 轉(zhuǎn) 的 到所需 度小的 ?！さ慕Y(jié)論 ，新提?的相平面 控制 法有currency1?…‰與高 益控制 ? `控制， 具有良好的控制性能，快 ，和 同的外?慣性—?和? ?? 率 具有較強(qiáng)的魯棒? 性。 5。結(jié)論 · 研究?，相平面 控制用?流”制動(dòng)器的提?和 用一二軸氣動(dòng)新 人工肌肉機(jī)械手的各種外??—?用 提高控制性能和 ?的? ?? 率。 ˉ?結(jié)果表?，¨控制 法 ?軌跡…‰控制的高currency1和高 益控制，控制 性能好， 度快，強(qiáng) 的，對(duì)外?ˇ—和??? 率” 的魯棒? 性。 研究結(jié)果還表?，所提?的相平面 ?用MRB切換控制 發(fā)展一個(gè)ˉ際可用的最有currency1的方法 一，′?使用PAM的 人類友好的機(jī)械手 機(jī)械手。 ?認(rèn) · 工? 由蔚山 學(xué)的支持 ，韓國(guó)。 工具書(shū)類 安，k和清，T. 盛頓 ?，?004，“使用智能切換控制方法的氣動(dòng)人工肌肉 機(jī)械手的控制性能的 ，”ksm′，int，怨婦。，卷8，8號(hào)，1388頁(yè)~ 1400。 安，k和清，T. 盛頓，?005 ，“非線性PID控制 PAM的機(jī)械手的神經(jīng) 網(wǎng)絡(luò)控制性能， ksm′，int，怨婦。，卷19，1號(hào)，106頁(yè)~ 115。 安，k，清，T. 盛頓和韓國(guó)，Y，K，?005b，”帕姆手?用?流”制動(dòng)器性能 的 ，”ksm′，int，怨婦。，卷19，3號(hào)，777頁(yè)~ 790。DOI，Y，1993，“ 復(fù)功能鍛煉?置，“J SOC。博美。，卷17，?號(hào)，99頁(yè)~ 105。富杰，M. 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