基于气动人工肌肉的振动驱动方法

摘要

本发明公开了一种基于气动人工肌肉的振动驱动方法，首先根据工程实际需要提出驱动频率、振幅和驱动力要求，频率为0～25Hz；振幅为气动人工肌肉长度的20％；驱动力范围为0～4000N，然后，根据气动人工肌肉振幅和驱动力特性公式(1)(2)反求出控制量，即气源压力、驱动频率和占空比。本发明振动动作平滑、能量转换率高、不产生污染、振幅和频率可调，从而满足工程实际当中对振动驱动方法的某些特殊要求。

主权项

1、基于气动人工肌肉的振动驱动方法，其特征在于，按以下步骤进行：1)根据工程实际需要提出驱动频率、振幅和驱动力要求，频率为0～25Hz；振幅为气动人工肌肉长度的20％；驱动力范围为0～4000N；2)根据气动人工肌肉振幅和驱动力特性公式(1)(2)反求出控制量，即气源压力、驱动频率和占空比；根据气动人工肌肉特性和系统原理，基于气动人工肌肉的振动驱动系统的振幅按照下式计算：$\left\{\begin{array}{c}\frac{\mathrm{dP}}{\mathrm{dt}}=\frac{\mathrm{kRT}{Q}_{m}t}{V}-\frac{\mathrm{kP}}{V}-\frac{\mathrm{dx}}{\mathrm{dt}}A\\ q_m=\lambda Q_m/f\\ M\frac{d^{2}x}{d{t}^2}=F-F_1-F_{f1}\end{array}\right.---\left(1\right)$式中：P——气动人工肌肉腔内压力/Pa；V——气动人工肌肉腔内容积/m3；A——气动人工肌肉等效作用面积/m2；Qm——进入气动人工肌肉腔内的质量流量/kg；T——气体绝对温度/度；k——气体绝热指数，k＝1.4；R——气体常数，R＝287.1J/kg·K；f——PLC输出脉冲信号的频率，f＝1/T；λ——脉冲占空比；x——振动驱动系统的振幅/mm；qm——一周期内进入气动人工肌肉腔内的气体质量/kg；M——振动驱动系统的等效质量/kg；F——振动驱动系统的输出力/N；Ff1——外部摩擦力/N；F1——外部负载力/N；基于气动人工肌肉的振动驱动系统驱动力可由下式计算：F＝FlX+Ff+Fv+FZ(2)式中F1X——振动驱动系统的理想输出力/N；Ff——振动驱动系统的摩擦力/N；Fv——振动驱动系统的弹性回复力/N；FZ——振动驱动系统的阻尼力/N。