气动肌纤维驱动仿生机体类生物变刚度特性分析

作     者：雷静桃 张悦文 LEI Jingtao;ZHANG Yuewen

作者机构：上海大学机电工程与自动化学院上海200444 上海市智能制造及机器人重点实验室上海200444 

出 版 物：《机械工程学报》 (Journal of Mechanical Engineering)

年 卷 期：2022年第58卷第21期

页      面：38-49页

核心收录：

学科分类：0831[工学-生物医学工程（可授工学、理学、医学学位）] 0710[理学-生物学] 080503[工学-材料加工工程] 1002[医学-临床医学] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 0811[工学-控制科学与工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

基　　金：国家自然科学基金(51775323)资助项目 

主　　题：气动肌纤维 仿生机体 动态弯曲 串并联刚度 类生物变刚度 

摘      要：四足机器人的仿生机体,大多采用刚性或单自由度机体结构,限制了四足机器人的机动性和灵活性。基于四足生物躯体解剖结构及动态弯曲运动机理分析,设计一种气动肌纤维驱动的刚柔耦合仿生机体,可实现变刚度侧向弯曲。根据仿生机体的结构,分析仿生椎间盘、仿生韧带、仿生肌肉等主要组成要素的刚度,提出一种仿生机体的串并联式刚度模型,建立仿生机体的刚度与气动肌纤维输入气压间的关系,探究在不同驱动方式下仿生机体的局部、整体变刚度特性。设计仿生机体的变刚度测试实验平台,分别开展仿生机体的局部、整体动态弯曲试验,分析其主动变刚度特性。实验结果表明,通过改变气动肌纤维的布置及充气压力,能实现仿生机体的动态弯曲,具有类生物的局部或整体变刚度特性。创新研究的仿生机体及驱动方式,为提高四足机器人的机动性提供借鉴。