CN108081240A - 一种气动肌肉气缸并联平台 - Google Patents
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Abstract
一种气动肌肉气缸并联平台，该平台具有横摇、纵摇、升沉3个方向上的自由度，其中由气缸控制的平台等效刚度控制***和由3根气动肌肉控制的平台位姿控制***自然分离，降低了控制器的设计难度。该控制器能够获得高精度的平台位姿轨迹跟踪控制效果，其中在线参数辨识部分能够对非线性模型补偿算法进行实时修正，同时控制器具有良好的鲁棒性。
Description
技术领域
本发明涉及一种气动肌肉气缸并联平台，适用于机械领域。
背景技术
并联平台是由多个执行器对同一运动平台作用控制运动及位姿状态的机构，具有良好的刚度特性，在并联机床、机器人、定位与测量装置、模拟器和医疗、娱乐设备上得到了广泛的应用。气动并联平台具有成本低、清洁无污染、生物适应性好等优点，但也由于工作介质的弹性特性使得位姿控制精度往往不高。
气动肌肉是一种利用压缩气体的能量产生轴向拉力的力驱动器，可以近似等效于一个变原长变刚度的非线性弹簧装置。气动肌肉与传统的气动执行器相比具有较高的刚度特性和功率质量比，便于进行精确的位置控制，气动肌肉与生物肌肉相似的力学特性也意味着一定意义上的生物柔顺性。
发明内容
本发明提出了一种气动肌肉气缸并联平台，该平台具有横摇、纵摇、升沉3个方向上的自由度，其中由气缸控制的平台等效刚度控制***和由3根气动肌肉控制的平台位姿控制***自然分离，降低了控制器的设计难度。
本发明所采用的技术方案是：
所述气动肌肉和气缸混合驱动的并联平台，具有横摇、纵摇、升沉3个方向上的自由度，并联平台由一个气缸和3根气动肌肉耦合驱动，气缸对运动平台提供向上的支撑力，3根气动肌肉提供控制运动平台所需的转动力矩。
所述并联平台采用气缸与气动肌肉控制***相对分离的控制策略，每根气动肌肉由一个正遮盖的电气比例方向阀进行控制，气缸则由一个高精度电气比例减压阀控制，并联平台的位姿控制部分仅对3个比例方向阀进行控制，而气缸输出力控制部分完成平台运行过程中保持气缸作用腔压力相对稳定的工作。
所述并联平台采用反步法设计基于非线性模型的自适应鲁棒控制策略(ARC)，在工作空间中对运动平台进行高精度位姿控制。
本发明的有益效果是：该控制器能够获得高精度的平台位姿轨迹跟踪控制效果，其中在线参数辨识部分能够对非线性模型补偿算法进行实时修正，同时控制器具有良好的鲁棒性。附图说明
图1是本发明的并联平台结构示意图。
图2是本发明的并联平台气动***示意图。
图中：1.比例压力阀；2.气缸；3.位移传感器；4.气动肌肉；5.比例方向阀；6.压力传感器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1、图2，气动肌肉和气缸混合驱动的并联平台，具有横摇、纵摇、升沉3个方向上的自由度，并联平台由一个气缸和3根气动肌肉耦合驱动，气缸对运动平台提供向上的支撑力，3根气动肌肉提供控制运动平台所需的转动力矩。
该机构除了具有其他并联平台的优点外，还具有以下特点：1)平台刚度由气缸独立控制，可实时调节平台的动态刚度，也可保持平台在运动过程中动态刚度相对不变。2)具有升沉、横摇、纵摇这3个应用最为广泛的自由度。3)可在首摇方向进行小范围***，且气动肌肉与人体肌肉力学特性相似，具有生物柔顺性。4)并联平台结构对称，不仅具有准确的运动学逆解，也可得出较为准确的运动学近似正解，便于位姿解算器的设计和控制算法的应用。
该平台可以广泛应用于飞行模拟器、医疗设备、射电望远镜阵列和动感座椅娱乐设备等。
该并联平台采用气缸与气动肌肉控制***相对分离的控制策略，每根气动肌肉由一个正遮盖的电气比例方向阀进行控制，气缸则由一个高精度电气比例减压阀控制，并联平台的位姿控制部分仅对3个比例方向阀进行控制，而气缸输出力控制部分完成平台运行过程中保持气缸作用腔压力相对稳定的工作。由于运动平台在首摇方向上运动较小且难以测量，小范围首摇运动对平台其他自由度影响也较小，故不对平台在该自由度上运动进行测量及控制。
该控制策略具有以下优点：1)将气缸控制***与气动肌肉控制***分离，减小控制器设计难度。2)气缸输出力控制***可以实时调节平台的动态刚度，并可将实际气缸作用腔压力作为位姿控制器的实时输入。3)并联平台位姿控制***控制量为3个气动比例方向阀的控制输入，避免冗余控制量的产生。
气缸对运动平台的中心起支撑作用，其无杆腔的压力由Festo公司MPPES比例减压阀控制。首先根据所需的平台刚度特性选定比例减压阀设定值，在平台运行过程中该设定值不会发生改变，且在阀口与气缸之间增加适当容积的气容以稳定气缸无杆腔内气压.根据气缸最大运行速度选用合适型号的比例减压阀，以保证平台运行过程中气缸无杆腔压力的基本稳定.由于气缸无杆腔压力会被传感器测量，并被传递至之后的控制器中进行补偿，故小范围的压力变化对控制效果影响不大。
由于气动肌肉具有复杂的力-位移-压力特性，基于模型线性化补偿的控制策略容易引入较大的模型补偿误差，线性化后的模型与实际模型也有较大差距，难以获得较好的控制效果。针对气动肌肉强藕合、高度非线性的力学特性，本文采用反步法设计基于非线性模型的自适应鲁棒控制策略(ARC)，在工作空间中对运动平台进行高精度位姿控制。
Claims (3)
1.一种气动肌肉气缸并联平台，其特征是：所述气动肌肉和气缸混合驱动的并联平台，具有横摇、纵摇、升沉3个方向上的自由度，并联平台由一个气缸和3根气动肌肉耦合驱动，气缸对运动平台提供向上的支撑力，3根气动肌肉提供控制运动平台所需的转动力矩。
2.根据权利要求1所述的一种气动肌肉气缸并联平台，其特征是：所述并联平台采用气缸与气动肌肉控制***相对分离的控制策略，每根气动肌肉由一个正遮盖的电气比例方向阀进行控制，气缸则由一个高精度电气比例减压阀控制，并联平台的位姿控制部分仅对3个比例方向阀进行控制，而气缸输出力控制部分完成平台运行过程中保持气缸作用腔压力相对稳定的工作。
3.根据权利要求1所述的一种气动肌肉气缸并联平台，其特征是：所述并联平台采用反步法设计基于非线性模型的自适应鲁棒控制策略(ARC)，在工作空间中对运动平台进行高精度位姿控制。
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| CN201611023442.3A CN108081240A (zh) | 2016-11-21 | 2016-11-21 | 一种气动肌肉气缸并联平台 |
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Publications (1)
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| CN108081240A true CN108081240A (zh) | 2018-05-29 |
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| CN201611023442.3A Pending CN108081240A (zh) | 2016-11-21 | 2016-11-21 | 一种气动肌肉气缸并联平台 |
Country Status (1)
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109466652A (zh) * | 2018-10-26 | 2019-03-15 | 华中科技大学 | 一种适用于双足机器人的多自由度躯干机构 |
| CN110480613A (zh) * | 2019-08-27 | 2019-11-22 | 上海大学 | 一种多自由度液压人工肌肉工作台 |
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2016
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109466652A (zh) * | 2018-10-26 | 2019-03-15 | 华中科技大学 | 一种适用于双足机器人的多自由度躯干机构 |
| CN109466652B (zh) * | 2018-10-26 | 2021-02-09 | 华中科技大学 | 一种适用于双足机器人的多自由度躯干机构 |
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| CN110480613B (zh) * | 2019-08-27 | 2020-12-18 | 上海大学 | 一种多自由度液压人工肌肉工作台 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20180529 |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |