[發明專利]類骨骼肌直線網狀陣列式人工肌肉設計及類神經控制方法

有效

• 申請號: 201310476897.0
• 申請日: 2013-10-12
• 公開（公告）號: CN103529704A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 李靖;秦現生;董秀珍;季振宇;付峰;尤富生;史學濤;劉銳崗;白晶;王戰璽
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍第四軍醫大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 西安恒泰知識產權代理事務所 61216
• 代理人: 李婷

技術領域

本發明涉及機器人驅動技術和仿生技術，特別是涉及一種類骨骼肌直線網狀陣列式人工肌肉結構設計方法及其類神經控制方法。?

背景技術

隨著足式機器人在戰地、反恐、搶險救援、空間探索、危險環境作業等場合下越來越廣泛的應用，機器人的跳躍、奔跑、跨越障礙、平穩行進等運動性能以及抗外界沖擊性和復雜地形適應能力逐漸引起人們的重視。由此，對機器人關節的瞬時力矩、擺動頻率和功率密度等性能提出了越來越高的要求，而目前機器人關節普遍采用的“旋轉電機+傳動機構”的驅動方式因受電機本身的力-加速度特性以及傳動機構的動力學特性的限制，很難滿足軍事和民用復雜應用環境對高性能關節運動的要求，迫切需要瞬時加速度大、冗余性強、響應速度快和功率密度高等方面具有優越性能的新型驅動器。?

骨骼肌驅動的動物關節不僅結構簡潔緊湊，同時在儲能、緩沖能力、速度、敏捷性、能量密度、瞬時爆發力等方面具有傳統關節驅動裝置難以企及的性能，如重量不超過1Kg的人體膝關節能提供10倍于人體重量的驅動力，獵豹的奔跑速度高達時速130公里，灣鱷的咬力接近1900Kg。動物骨骼肌具有條理分明的層次式結構，主動收縮產生的變形量及輸出力的大小由其內部微觀組成結構共同協作完成的。這種層次性結構使得動物骨骼肌具有高冗余性，即使骨骼肌中小部分微觀結構組成由于損傷、病變等原因不能工作，對整體影響并不大。骨骼肌的層次式結構使得骨骼肌還具有瞬時加速度大、響應速度快、協調能力強、敏捷性高、自動調節結構參數等特點。骨骼肌作為脊椎動物的運動肌肉有著很多優異性能，運用仿生學原理，模擬生物骨骼肌的結構和驅動機理設計的人工肌肉及其驅動控制器，可獲得生物骨骼肌的?優異性能和簡潔緊湊結構。?

現今大部分人工肌肉以肌群輸出力、位移與控制方法為仿生模擬對象，并少對骨骼肌微觀結構及其微觀控制驅動機理進行分析與研究。模擬動物骨骼機層次式結構進行人工肌肉模式設計，可使人工肌肉具有較好的冗余性及更好的工作性能。針對現代驅動器存在的這些問題，本發明模擬骨骼肌微觀結構，提出一種直線陣列式人工肌肉結構模式，使其在結構、運動形式、控制方法、驅動過程等方面與生物骨骼肌更為貼近，具有瞬時加速度大、冗余性好、協調能力強、響應速度快和功率密度高等特點。?

發明內容

針對現有技術中驅動器存在冗余性、瞬時力矩、擺動頻率和功率密度等性能不能滿足現代機器人需要的問題，本發明提供了類骨骼肌直線網狀陣列式人工肌肉設計及類神經控制方法。?

為了實現上述任務，本發明采用如下的技術解決方案：?

一種類骨骼肌直線網狀陣列式人工肌肉的設計方法，該方法將類骨骼肌直線網狀陣列式人工肌肉包括多個類半肌節驅動器，多個類半肌節驅動器經過串聯形成類肌原纖維驅動器，以一個類肌原纖維驅動器為對稱中心，將其他類肌原纖維驅動器并列排布構成六邊形蜂窩式網狀對稱陣列式結構，每個類肌原纖維驅動器上的同層類半肌節驅動器分別通過類肌膜連接器將所有的類肌原纖維驅動器聚合成一體，并在聚合成一體的類肌原纖維驅動器兩端設置有類腱膜連接器構成人工肌肉；該類骨骼肌直線網狀陣列式人工肌肉的列數m及層數n的確定通過如下技術步驟：?

（1）根據人工肌肉應用對象和應用環境給出最大目標輸出位移L_asmax以及人工肌肉運動時需要的最大目標輸出力F_asmax；?

（2）計算人工肌肉并聯層層數n，n為自然數，若類半肌節驅動器的最大輸出位移為x_smax，則有?

Lasmaxxsmax≤n<Lasmaxxsmax+1---(1)]]>