传感器翻译论文.docx

传感器翻译论文.docx

《传感器翻译论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《传感器翻译论文.docx（7页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

传感器翻译论文

智能执行器气动肌肉的使用和应变式弯管传感器开发

学冲恭平（关西学院大学）

正差峨宣彦（关西学院大学）

最近，在照顾或福利气动人工肌肉的机器人驱动器一个领域的预期，气动人工肌肉的特性，其中输出的重量比为高，并且成本低。

我们开发的智能执行器的气动人工肌肉都统一用一个应变型拐弯的传感器，气动人工肌肉的曲率从几何模型计算，并与应变式传感器弯曲的弧度比较时，气动人工肌肉的收缩。

在本文中，我们报道致动器的特性，并从所述应变计式传感器弯曲的曲率估计收缩量。

关键词：

应变计；气动执行器；人造肌肉；弯曲传感器

1前言

在当今社会，由于进入了老龄化社会，在护理和福利养老院等领域需要各种各样的机器人，同时，人类也非常期待他们被研发出来。

对于这些机器人来说，由于他们和人类接触，其柔软性和安全性式它们所必要的。

如果使用由电磁控制电动机带动的往复运动气缸的机器设备的话，安全性是非常低的，不太适合家庭的生活使用。

因此带有往复运动气缸这样的机器人的研究是非常值得关注的并且其研究也在进行中。

空气压力人工肌肉的有着出力重力比非常的高，并且其体积小，容易携带，耗费能源少，成本低等特性。

人类现在所研究的人工肌肉的构造和驱动原理已经存在很多种，其中麦吉往复运动气缸是被使用最多的，但是其在驱动时由于相互接触，产生摩擦，其良久的实用性能是非常难以实现的，但是其产生的高压力又是必须的。

为了改善这个缺点，我们利用橡胶可以变化形状的特点，我们在该装置中插入碳纤维制作的低压驱动的空气压人工肌肉。

在本实验研究中得益于人工肌肉的收缩状态，可以测量曲率的变化，基于这个测量曲率的变化和人工肌肉的收缩量的变化可以试做出漂亮的往复运动气缸，并且可以确定其使用的有效性。

2人工肌肉的概要

2.1：

关于人工肌肉

在本次试验研究中所使用的人工肌肉如图1所示。

人工肌肉的工作原理是在使用硅材料制作的软管中插入碳纤维制作的构件。

碳纤维制作的构件能够构成在收缩的时候没有摩擦的机构，人工肌肉的工作状态表1所示：

图1

表1

通过给人工肌肉供给空气就能够是他膨胀，产生张力，在手臂伸长的方向进行收缩。

通过这个机构就能实现拥有轻量，高出力比，柔软性，低压驱动等特性。

2.2人工肌肉的压力-收缩量特性

人工肌肉的压力-收缩量特性曲线如图2所示。

在输入压力在0～0.18Mpa（0.2Mpa的误差），通过计算机软件在0～15秒内输入带状形状的压力目标值，使用DLT-100AS测量各种各样的收缩量，并且多次测量去恒定状态下的平均值。

通过图表2知道压力在0Mpa～0.08Mpa之间是不变化的，由于拥有这个特性，在软管内到充满空气之间有一段不感应的状态。

通过观察在0.08Mpa～0.12Mpa之间有很大的收缩量，在那之后收缩量又缓缓地下降的倾向。

并且在0.2Mpa以下有驱动的可能性，因为流水管道的压力在0.3Mpa又收缩的可能性在日常生活中是经常被使用的。

图2

3弯曲传感器

3.1弯曲传感器的特性

在本次试验研究中所使用的弯曲传感器的外形和尺寸如图3所示。

弯曲传感器在其基本构件的内表面和外表面能够检测出其尺寸变化，这样就能够检测出其弯曲的程度。

在这里通过测量弯曲传感器的弯曲来测量研究对象的的弯曲变化定义为曲率。

并且，由于横梁的弯曲，但是由于横梁的弯曲其中心产生的形变误差为0.在弹性板的外表面上放置2片变形测量仪，在其内表面也相互配合放置2片变形测量仪，。

也就是使用4片变形测量仪的方法和使用温度补偿的方法，可以构成一个取消由于扭曲扭转变形等原因引起的错误操作的回路。

3.2智能往复运动气缸的试验装置

在本次试验研究中所使用的固定变形测量仪的智能往复运动气缸的实验装置如图4所示：

图4

空气的压力通过计算机控制的信号控制传递，电磁阀（ETR200-1）通过压缩机给智能往复运动气缸提供运动。

人工制造的肌肉在收缩的时候能够通过直线位置测量直线的收缩量。

弯曲传感器为了能够确保测定曲率将两组传感器放在电磁阀和计算机之间。

在试验进行中，由于多次供给空气的特性，因此就有在适当的方向上拥有较长的伸缩量，因此，使用弯曲传感器在拥有碳纤维半径方向上测量膨胀的曲率来推测人工肌肉的收缩量。

3.3通过弯曲传感器测定曲率结果的校正

在本次实验研究中为了算出弯曲传感器的曲率，通过测定曲率和电压的关系来做成一个校正表，在圆筒固定的状态使用弯曲传感器来测量曲率和出力电压。

曲率和电压的测量结果如图5所示，并且其测量值是做了三次试验的平均测量值。

图5关系中的肌肉伸缩量和传感器的压力和曲率的关系用图6表示。

图5

图6

4弯曲传感器的收缩量的推定

4.1人工肌肉收缩时候基于3点坐标曲率的定义

人工肌肉的收缩的模型用图7表示，将曲线收缩时的曲线看作是圆的一部分圆弧，并且在圆弧上取定三个点A=（

）,B=（

）,C=（

）.其曲率计算公式如下：

图7

4.2从曲率推定收缩量

从定义人工肌肉曲率的三个点中取两个点，剩下的点的x坐标作为2个点的中点，y坐标沿轴方向膨胀，在这里通过

（1）测定的曲率，在这里定义曲率的半径为r。

把人工肌肉的两个点中心的角度定义为0角收缩的人工肌肉量用下式表达：

为了得到

（2）式的曲率半径用弯曲传感器来测量曲率，以此来推算人工肌肉的收缩量，与用直线测量仪测量得到的收缩量进行比较，得到的结果如图8所示

图8

5总结

在本次试验研究中，基于通过弯曲传感器测量的曲率，用几何的方法算出人工肌肉往复运动气缸的收缩量，这个值与实际通过直线测量仪的数值结果相比较，两者大体一致。