模拟驯马展项深化设计书

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1、.展项深化设计书机科发展科技股份有限公司主题展厅：低碳科技厅展项名称：模拟驯马展项代号：4-5-011依据标准本展项设计、制作依据以下标准：《游乐设施安全规范》（GB 8408-2008）《国家玩具安全技术规范》（GB6675-2003）《工业与民用电力装置的接地设计规范》（GBJ65-83）。《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》(GB50169—92)招标文件的相关要求2展示内容展项为一台形象逼真的仿真机器马。该模型有机电装置进行驱动。参与者可以与机器马充分的进行互动，可骑在马上，通过语音、动作及操控使马做出各种仿

2、真动作。3交互方式3.1语音命令参与者发出规定的语音命令，机器马控制系统自动识别相应语音，并自动执行该语音命令。3.2动作控制参与者可通过夹腿等肢体动作，对机器马进行操控。参与者的肢体动作是控制系统通过相应部位的传感器感知的。...1.1装具操控参与者可通过马缰、马鞭对机器马进行操控2技术方案2.1马匹运动骨骼马匹身高：1500mm（至肩胛骨处）根据马匹的骨骼结构参与动作的骨骼为：前腿：肱骨、桡骨、掌骨、踝骨。后腿：股骨、胫骨、蹠骨、踝骨。其它：颈椎、尾椎。根据马匹骨骼尺寸设计机器马机械结构：2.2仿真机械结构主要腿骨为杆

3、状结构，包括：前腿的肱骨、桡骨、掌骨、踝骨及后腿的股骨、胫骨、蹠骨。脚踝部分较为复杂，为多关节。在马匹运动状态自动转换时颈椎、尾椎相应的配合动作。...1.1马腿驱动装置4.3.1.驱动方式主要仿真腿骨及关节采用FESTO肌肉缸直接驱动关节。...4.3.2.人工肌肉的特点及结构气动人工肌肉是一种体积小巧、柔软、重量轻、工作简单、容易控制的仿生学产品，它由压缩空气驱动作推拉动作，其过程就像人体的肌肉运动。重量轻,最小的甚至只有10g，适合一些对重量很敏感的应用成本低。比其它很多致动器成本低，安装简单,运动平滑动作平滑，响应

4、快速组合灵活适配性强可以方便的集成到各种运动系统里人工肌肉主要由一根橡皮管外包强力的塑料网构成，当被充气和吸气时，可以像人的肌肉一样伸缩。在功率/重量比方面，人工肌肉高达400:1的，而一般的气缸和电动缸只有16:1，因此它也特别适合用于机器人等应用4.3.3.系统组成气压驱动子系统：气压驱动子系统由气源、压力伺服比例阀、McKibben气动人工肌肉及机构部分组成。由气源提供压力为0.6～0.9MPa的压缩气体.压缩气体由导管经过伺服比例阀送人气动人工肌肉中。每条肌肉均与一伺服比例阀相连并有一出气阀门和一进气阀门。通过控制

5、伺服比例阀上所加的电压即可控制肌肉中的气体压力。加压后的气动肌肉输出收缩张力并驱动机构部分的关节转动，因此通过对肌肉压力的控制即可达到轨迹跟踪所需的关节力矩。...本系统中采用的McKibben气动人工肌肉为FESTO公司的MAS-20-300N型，其工作压力范围为0～O.6MPa，最大工作频率为3Hz，最大收缩为肌肉长度的25%，O.6MPa时理论作用力为300N，重复精度小于1%。压力伺服比例阀接受控制端传入的电压输入并通过调节充气阀门和进气阀门控制肌肉内气压。本系统采用了SMC公司的丌ITVOO5C-2ML型压力比例

6、阀。此阀的输入范围为0～5VDC，输出为0.001~0.9MPa之间的压力。　传感器子系统：传感器子系统由直线位移传感器构成。通过直线位移传感器可以测量出肌肉的收缩量，根据此收缩量可以利用肌肉和关节模型进行轨迹跟踪控制。直线位移传感器采用了WDL型直滑式导电塑料电位计。　控制子系统：控制子系统由工业控制计算机(IPC)、A/D采集卡、D/A转换卡组成。软件控制系统运行于工业控制计算机上，并通过D/A转换器将数字控制量转换为模拟量。此模拟量用以控制压力伺服比例阀的输出气压。A/D转换器采集拉力传感器和直线位移传感器的数据，并

7、提供给工业控制计算机可由软件处理的数字信号。本系统中采用的D/A转换器为16通道模拟量输出卡。它提供了16个12位双缓冲的模拟量输出通道，可满足肌肉伺服控制的需要。MD采集卡采用了PCL-813B型12位32通道A/D卡，它提供了32通道带隔离的直流电压测量，精度可以满足系统要求。软件系统：气动人工肌肉驱动的关节中肌肉的压力为系统的控制变量。由于系统通过压力变量控制一个自由度的运动。在工控计算机中编写了气动人工肌肉关节系统的控制软件及操作界面。通过此软件系统可以实现肌肉模型的参数设定。软件的主体部分包括轨迹规划模块和压力控

8、制模块。轨迹规划模块实现了上层的关节轨迹规划，并根据关节模型计算实现期望关节轨迹所需的关节力矩。压力控制模块执行底层计算，它的输入量为上层规划得到的期望关节力矩。压力计算模块根据气动人工肌肉的实际模型计算控制肌肉运动所需压力，其输出为期望肌肉压力值。智能PID控制算法模块根据此期望压力值和A/D采集得到