电磁式人工肌肉控制系统的研究与设计初探

2012-06-19彭宏业秦现生

微特电机 2012年6期

李靖，彭宏业，秦现生

(1.西北工业大学，陕西西安710072;2.中航工业西安飞行自动控制研究所，陕西西安710065)

0 引言

随着科技的进步，足式机器人在军事和民用等方面得到越来越广泛的发展应用。但传统的足式机器人关节普遍采用的“旋转电机－传动机构”的驱动方式，因受电机本身的力－加速度特性以及传动机构的动力学特性的限制，很难满足日益复杂的应用环境对高性能关节运动的要求［1］。

由于动物肌肉相对传统的驱动器有很多无法比拟的优点［2－4］:能量利用率高达 50%以上，能量/自重比高，瞬间爆发力大，缓冲能力强，同时具有储能的特点，因此模拟动物肌肉特性制作的人工肌肉驱动器已成为国内外仿生研究的一个热点领域。日本自20世纪60年代起就开始研制类肌肉驱动器［2］，美国海军将其列为未来新型驱动器的发展方向［5］。国内众多高校如上海交通大学、哈尔滨工业大学、中国科学技术大学、清华大学等都开展了对人工肌肉驱动器的设计和应用研究［6－9］。目前大部分人工肌肉驱动器仅在宏观结构上仿生生物骨骼肌收缩特性，并未对骨骼肌内部微观结构及运动机理进行仿生，同时也由于材料、工艺、结构以及控制等方面的限制，还没有设计出性能达到动物肌肉的驱动器。本文在分析哺乳动物骨骼肌结构和神经控制机理的基础上，对微观仿生的人工肌肉驱动器控制系统进行了设计与研究。