罗天洪，郭 园，梁 爽，李会兰，李乔易

(重庆交通大学 机电与车辆工程学院，重庆 400074)



SMA-电机复合驱动仿生肘关节的控制策略与仿真

罗天洪，郭 园，梁 爽，李会兰，李乔易

(重庆交通大学 机电与车辆工程学院，重庆 400074)

针对SMA-电机复合驱动仿生肘关节控制非线性、时变、温度滞后等特点，提出了一种双输入-四输出的模糊控制算法，建立模糊PID自适应控制模型，求解复合驱动仿生肘关节在阶跃响应及理论轨迹下的动作状态，得到了仿生肘关节旋转和俯仰运动的位姿、角速度跟踪图谱。实验证明：设计的双输入-四输出的模糊PID自适应控制算法具有超调量小、系统鲁棒性高、响应速度快的特点，可以实现SMA-电机复合驱动仿生肘关节的精准位姿控制。

机电工程；复合驱动；仿生肘关节；模糊PID自适应控制

0 引 言

随着新型材料的兴起与发展，压电陶瓷、磁致伸缩材料和气动肌肉等[1-3]广泛应用于机器人领域。其中，形状记忆合金材料(SMA)以高功率质量比、驱动器机构简单、良好的柔顺仿生性能及驱动功率低等优良特性应用于各种类型的仿生机器人中[4-5]。李健等[6]研制的形状记忆合金丝驱动的仿生水母，具有结构简单、机动性强等特点，胡冰山等[7]研制的形状记忆合金驱动的仿生吸盘，具有功率质量比大、轻型化等优势。

但形状记忆合金在加热形变对外做功时，会产生一定的时滞非线性，传统的数学模型难以准确描述，造成较大的控制误差。李扬等[8]设计了一种SMA驱动变体机翼后缘的普通PID控制，实现了形状记忆合金良好控制，但存在响应时间长、超调量大等问题；……