[发明专利]一种气动肌肉气缸并联平台

说明书

一种气动肌肉气缸并联平台，该平台具有横摇、纵摇、升沉3个方向上的自由度，其中由气缸控制的平台等效刚度控制系统和由3根气动肌肉控制的平台位姿控制系统自然分离，降低了控制器的设计难度。该控制器能够获得高精度的平台位姿轨迹跟踪控制效果，其中在线参数辨识部分能够对非线性模型补偿算法进行实时修正，同时控制器具有良好的鲁棒性。

技术领域

本发明涉及一种气动肌肉气缸并联平台，适用于机械领域。

背景技术

并联平台是由多个执行器对同一运动平台作用控制运动及位姿状态的机构，具有良好的刚度特性，在并联机床、机器人、定位与测量装置、模拟器和医疗、娱乐设备上得到了广泛的应用。气动并联平台具有成本低、清洁无污染、生物适应性好等优点，但也由于工作介质的弹性特性使得位姿控制精度往往不高。

气动肌肉是一种利用压缩气体的能量产生轴向拉力的力驱动器，可以近似等效于一个变原长变刚度的非线性弹簧装置。气动肌肉与传统的气动执行器相比具有较高的刚度特性和功率质量比，便于进行精确的位置控制，气动肌肉与生物肌肉相似的力学特性也意味着一定意义上的生物柔顺性。

发明内容

本发明提出了一种气动肌肉气缸并联平台，该平台具有横摇、纵摇、升沉3个方向上的自由度，其中由气缸控制的平台等效刚度控制系统和由3根气动肌肉控制的平台位姿控制系统自然分离，降低了控制器的设计难度。

本发明所采用的技术方案是：

所述气动肌肉和气缸混合驱动的并联平台，具有横摇、纵摇、升沉3个方向上的自由度，并联平台由一个气缸和3根气动肌肉耦合驱动，气缸对运动平台提供向上的支撑力，3根气动肌肉提供控制运动平台所需的转动力矩。

所述并联平台采用气缸与气动肌肉控制系统相对分离的控制策略，每根气动肌肉由一个正遮盖的电气比例方向阀进行控制，气缸则由一个高精度电气比例减压阀控制，并联平台的位姿控制部分仅对3个比例方向阀进行控制，而气缸输出力控制部分完成平台运行过程中保持气缸作用腔压力相对稳定的工作。

所述并联平台采用反步法设计基于非线性模型的自适应鲁棒控制策略(ARC)，在工作空间中对运动平台进行高精度位姿控制。

本发明的有益效果是：该控制器能够获得高精度的平台位姿轨迹跟踪控制效果，其中在线参数辨识部分能够对非线性模型补偿算法进行实时修正，同时控制器具有良好的鲁棒性。附图说明

图1是本发明的并联平台结构示意图。

图2是本发明的并联平台气动系统示意图。

图中：1.比例压力阀；2.气缸；3.位移传感器；4.气动肌肉；5.比例方向阀；6.压力传感器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1、图2，气动肌肉和气缸混合驱动的并联平台，具有横摇、纵摇、升沉3个方向上的自由度，并联平台由一个气缸和3根气动肌肉耦合驱动，气缸对运动平台提供向上的支撑力，3根气动肌肉提供控制运动平台所需的转动力矩。

该机构除了具有其他并联平台的优点外，还具有以下特点：1)平台刚度由气缸独立控制，可实时调节平台的动态刚度，也可保持平台在运动过程中动态刚度相对不变。2)具有升沉、横摇、纵摇这3个应用最为广泛的自由度。3)可在首摇方向进行小范围自由运动，且气动肌肉与人体肌肉力学特性相似，具有生物柔顺性。4)并联平台结构对称，不仅具有准确的运动学逆解，也可得出较为准确的运动学近似正解，便于位姿解算器的设计和控制算法的应用。

该平台可以广泛应用于飞行模拟器、医疗设备、射电望远镜阵列和动感座椅娱乐设备等。