仿生關(guān)節(jié)是四足仿生機器人實現(xiàn)靈活跳躍、奔跑等高速復(fù)雜運動的基本要素。針對現(xiàn)有氣動肌腱驅(qū)動的仿生關(guān)節(jié)難以實現(xiàn)設(shè)定剛度下的高精度位置控制問題,提出一種基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)補償控制的拮抗式仿生關(guān)節(jié)位置/剛度控制新方法。建立關(guān)節(jié)位置/剛度解算模型,根據(jù)關(guān)節(jié)驅(qū)動力矩及設(shè)定剛度計算氣動肌腱的理論充氣壓力;建立關(guān)節(jié)輸出剛度計算模型,根據(jù)關(guān)節(jié)輸出位置及氣動肌腱的實際充氣壓力計算仿生關(guān)節(jié)的實際輸出剛度;采用由模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)補償控制器、PID控制器和模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識器構(gòu)成的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)補償控制結(jié)構(gòu)實現(xiàn)對仿生關(guān)節(jié)的高精度位置控制。以FESTO公司MAS型氣動肌腱驅(qū)動的拮抗式仿生關(guān)節(jié)為控制對象,進行關(guān)節(jié)位置/剛度控制的試驗研究,對比PID控制和模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)補償控制的位置控制精度,探究仿生關(guān)節(jié)剛度的動態(tài)響應(yīng)。試驗結(jié)果表明:模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)補償控制方法的位置控制精度顯著優(yōu)于PID控制方法,位置控制精度由3°提高到0.6°;同時兩種控制方法均能較好地跟隨關(guān)節(jié)設(shè)定剛度,剛度跟蹤精度均在1 N?m/rad內(nèi)。

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【部分圖文】：

圖1氣動肌腱驅(qū)動的四足仿生機器人

圖2仿生關(guān)節(jié)實物照片及簡化模型圖

關(guān)節(jié)為控制對象，提出了一種基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)補償控制的關(guān)節(jié)位置/剛度控制方法，進行了試驗研究，實現(xiàn)了關(guān)節(jié)設(shè)定剛度下的高精度位置控制。1仿生關(guān)節(jié)位置/剛度控制原理1.1氣動肌腱驅(qū)動的四足仿生機器人及仿生關(guān)節(jié)本文基于越障步態(tài)原理設(shè)計的氣動肌腱驅(qū)動的四足仿生機器人如圖1所示，它包括后機體....

圖3關(guān)節(jié)位置/剛度控制系統(tǒng)的工作原理圖

66機械工程學(xué)報第53卷第13期期1.2仿生關(guān)節(jié)位置/剛度控制系統(tǒng)原理圖2a所示的氣動肌腱驅(qū)動的拮抗式仿生膝關(guān)節(jié)，下文簡稱關(guān)節(jié)，其位置/剛度控制系統(tǒng)的工作原理如圖3所示，文中關(guān)節(jié)位置和關(guān)節(jié)剛度指圖2b中關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動中心O的轉(zhuǎn)角和剛度。控制系統(tǒng)有期望關(guān)節(jié)位置d和關(guān)節(jié)設(shè)定剛度dK兩個輸入....

圖4關(guān)節(jié)位置、剛度與充氣壓力的關(guān)系圖

，從而實現(xiàn)關(guān)節(jié)設(shè)定剛度下關(guān)節(jié)位置的閉環(huán)控制。另一方面，控制系統(tǒng)實時采集氣動肌腱5、5'的實際充氣壓力12p'、p'和關(guān)節(jié)當(dāng)前輸出位置，通過關(guān)節(jié)輸出剛度計算模型II計算關(guān)節(jié)當(dāng)前輸出剛度K，可確定關(guān)節(jié)剛度的動態(tài)響應(yīng)。圖3關(guān)節(jié)位置/剛度控制系統(tǒng)的工作原理圖1.氣源2.過濾調(diào)壓組件3.電....

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