北京理工大学科技成果——气动人工肌肉在仿生机器人中的应用技术

北京理工大学科技成果——气动人工肌肉在仿生机

器人中的应用技术

成果简介

气动人工肌肉驱动器具有较强的柔性及仿生性，其高功率/质量比的特点使之在仿人机器人技术领域中具有无可比拟的优势。对气动人工肌肉的静、动态特性深入进行了建模与实验研究，进行了气动人工肌肉驱动的关节特性分析及位置控制研究。

分别研制出气动人工肌肉驱动的仿人灵巧手，以及十四自由度双臂机器人，通过简单的材料制作出性能优异的气动人工肌肉，辅之模糊自适应控制、协调控制等高精度气动伺服控制技术，实现了灵巧手基于数据手套的主从抓持操作、机械臂自动驾驶方向盘等动作。该研究为气动人工肌肉的广泛应用奠定了坚实的理论与工程基础。

气动人工肌肉（左）和仿人灵巧手（右）

项目来源国家自然科学基金项目

技术领域新型驱动器，仿人机器人

应用范围低成本研究性仿人机器人；医疗护理性机器人；家政服务型机器人；空间探索性抓持器。

技术特点

以仿人五指灵巧手骨架为核心，气动人工肌肉驱动，柔索传动。由一对肌肉驱动一个手指关节，高响应压电比例阀控制气动人工肌肉的内部压力，从而改变肌肉的收缩长度及输出力，最终控制关节角度的变化。采用模糊PID对单关节进行控制，关节空间的轨迹规划来自人手佩戴的数据手套的反馈信息，由此构成实时主从控制效果。灵巧手的外观具有很好的仿人性，亲和力较强，在主从控制下可以完成各种手势运动及简单的抓持操作。

双臂机器人采用对称式结构设计，每个手臂均具有七个自由度，其中肩关节有三个自由度，肘关节有两个自由度，腕关节亦有两个自由度。单臂控制器由带重力补偿器和摩擦力补偿器的模糊自适应PID 控制，最大的跟踪误差小于0.08rad。双臂协调控制，即在双臂控制回路之间插入动态模糊协调控制器，通过对比双臂对应关节的角位移误差大小，按一定模糊规则对各控制量进行补偿。

双臂机器人

技术创新

低成本气动人工肌肉的研制，十七自由度仿人灵巧手的研制，十

四自由度双臂机器人的研制，基于数据手套的灵巧手主从控制，双臂机器人的协调控制。

所在阶段样机

成果知识产权

发明专利“一种气动人工肌肉”，专利号CN101306535；发明专利“气动人工肌肉驱动的仿人灵巧手结构”，专利号CN101045300。