助力装置用气动肌肉性能测试及模糊PID控制

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近年来,助力装置技术的研究一直是机器人领域的一个热点。然而,在农业、制造、快递等领域,难以实现机械自动化的繁重任务仍然大量存在。这些繁重的任务是大问题,因为他们会导致与工作相关的人群因长时间搬运而患上肌肉骨骼疾病。因此,为了解决这一问题,本文研究助力装置中用到的气动肌肉的性能指标,并通过实验检测气动肌肉的特性。通过对自制气动肌肉和装置自带的气动肌肉特性研究并作比较,选择性能更好的自制气动肌肉完成进一步的实验研究。(1)通过对气动肌肉建模相关文献进行分析研究,将气动肌肉的死区压力、橡胶管的弹性、橡胶管与编织网之间的摩擦力加入到建模中去,得到一个更加符合气动肌肉实际情况的模型。其次,对气动肌肉整体的组成作了简单的介绍,并说明了它的基本工作原理,以此为理论依据,得出改进数学模型。通过分析气缸系统相关的理论,建立气动肌肉的动态数学模型,并通过仿真实验将理想模型与改进模型作比较,得出结论为改进模型更能体现气动肌肉实际的特性。(2)通过具体的实验验证上述模型的有效性。组装了一个可以测试气动肌肉特性的实验平台,将测试得到的结果与实验室自制的气动肌肉在性能指标上进行比较,得出结论是自制的气动肌肉在收缩力和功率重量比等方面的性能优于装置自带的气动肌肉,这是由于装置自带的气动肌肉充气时的收缩量不如实验室自制的气动肌肉,所以使得肌肉产生的收缩力变小。(3)比较了两种气动肌肉的性能后,决定选用实验室自制的气动肌肉进行实验,搭建了实验平台,并加入了模糊PID控制,完成了不同负载下的PID角度跟踪实验和模糊PID角度跟踪实验,对得出的数据进行分析,验证模糊控制对于控制精度提升的有效性。分别完成不同负载下的PID控制角度跟踪实验和模糊PID角度跟踪实验,对实验结果进行误差分析后作比较得出结论:加入模糊控制能使系统的控制精度得到提升。
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