Воздушный привод мышц (G)
Линейный привод с характеристиками силы биологической мышцы
Описание
Блок Air Muscle Actuator (G) моделирует линейный привод, популярный в робототехнике для его характеристик, напоминающих о биологической мышце. Привод включает расширяемый мочевой пузырь в плетеном интерпретаторе. Когда мочевой пузырь герметизируется, пара расширяется и одновременно сокращается, производя в их заглушках сжимающуюся силу. Мочевой пузырь герметизируется в порте Gas A; сила проявлена в портах Mechanical Translational R и C.
Воздушные мышцы часто устанавливаются в парах — одна мышца, служащая участником состязания, другой как антагонист. Пары этого вида распространены в человеческом теле, куда бицепс (в руке) сопровождает трицепс, и квадрицепс (на участке) сопровождает подколенные сухожилия. Мышцы присоединяют в одном конце соединению, но при смещении, чтобы произвести крутящий момент. Когда сетевой крутящий момент отличается от нуля, и если загружающие условия позволяют, соединение вращается.
Сила привода
Масса и энергетические балансы привода как описаны для блока Translational Mechanical Converter (G). Сила привода, однако, основана на стандартном уравнении Трубочки-из-теста-Hannaford (с двумя исправлениями, сделанными для предположений упрощения об исходной модели). В его исходной форме уравнение Трубочки-из-теста-Hannaford дает:
где:
F является сжимающейся силой, проявленной приводом на его концах. Нижний C-H обозначает теоретическое значение исходной модели Chou-Hannaford.
D является диаметром блока интерпретатора и мочевого пузыря. Нижний M обозначает свое максимальное теоретическое значение — что, в котором оплетки интерпретатора под прямым углом к его продольной оси.
P является манометрическим давлением в мочевом пузыре (измеренный против среды, внешней к приводу).
L является длиной привода (расстояние между механическими портами R и C.
l является естественной длиной оплетки (прежде чем это будет расширено в герметичном мочевом пузыре). Оплетки, когда они - рана о продольной оси привода, всегда более длинны, чем сам привод).
Максимальный теоретический диаметр привода задан как:
где n является количеством поворотов, которые оплетка делает о продольной оси привода.
Неявный в уравнении Трубочки-из-теста-Hannaford предположения о бесконечно тонком мочевом пузыре и интерпретаторе и о неэластичных оплетках, неспособных к протяжению. Оба предположения могут понизить точность модели и исправляются для в этом блоке. Исправление для протяжения в оплетке заменяет постоянную длину l на переменную длину l*:
где l является естественной длиной оплетки, используемой в исходном уравнении Трубочки-из-теста-Hannaford и:
C является сроком исправления для протяжения оплетки.
E является модулем Янга эластичности для материала оплеток.
d является диаметром скрутки в оплетке (каждая оплетка, являющаяся пакетом плотно переплетенных скруток).
Срок исправления для оплетки, простирающейся, задан как:
где N является скрутками общего количества в плетеном интерпретаторе. Исправление для толщины мочевого пузыря и интерпретатора добавляет в общую силу привода фактор:
где t является совокупной толщиной мочевого пузыря и интерпретатора, и нижний T обозначает исправление для толщины. Общая сила привода:
где длина скрутки, используемая в вычислении термина Трубочки-из-теста-Hannaford, является переменной l*. Этой силе противодействуют в пределах расширения и сокращения переводные жесткие остановки. Они моделируются, как описано для блока Translational Hard Stop.
Моделирование предположений
Нет никакого сопротивления потока между газовым входом (порт A) и внутренней частью привода.
Нет никакого теплового сопротивления между стеной привода (порт H) и газом, который это заключает.
Привод герметичен и не протекает.
Эффекты трения и инерции проигнорированы.
Мочевой пузырь и интерпретатор являются совершенно цилиндрическими, неважно, их уровень инфляции.
Продольная эластичность мочевого пузыря проигнорирована.
Порты
Сохранение
развернуть все
A Привод вставляется
газ
Газ, открывающийся для герметизации привода. Соедините этот порт с источником давления для привода. Давление в этом управление портами сила сгенерировано приводом.
R Заглушка привода
переводное механическое устройство
Одна из двух заглушек, в которых прикладывается сила привода. Соедините этот порт с фиксатором, на котором привод должен быть смонтирован или к загрузке, которую должен переместить привод.
C Заглушка привода
переводное механическое устройство
Одна из двух заглушек, в которых прикладывается сила привода. Соедините этот порт с фиксатором, на котором привод должен быть смонтирован или к загрузке, которую должен переместить привод.
H Стена привода
тепловой
Тепловое граничное условие между газовым объемом привода и его средой. Соедините этот порт с блоками в Тепловой области, чтобы получить теплопередачу проводимостью, конвекцией или излучением, например, или изолировать привод от среды.
Параметры
развернуть все
Initial actuator length — Расстояние между заглушками, когда разгружено и негерметичный
0.575 m (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина в единицах длины
Расстояние между заглушками привода в расслабленном состоянии, когда это и разгружено и негерметичное. Расширение привода во время симуляции заставляет его расширяться и одновременно сокращаться. Привод короче, чем его оплетки, который должен сказать, что его начальная длина должна быть меньше, чем параметр Unstretched braid length.
Unstretched braid length — Длина выправляемой оплетки, когда разгружено
0.65 m (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина в единицах длины
Длина оплетки, как измерено с ее выправляемыми очередями и любые удаленные загрузки. Если оплетки будут эластичны, их (общая) длина будет меняться во время давления симуляции и загрузки. Когда оплетки являются раной о продольной оси привода, их длина всегда больше, чем параметр Initial actuator length.
Number of turns per braid — Количество поворотов в оплетке об оси длины привода
4.7 (значение по умолчанию) | положительный безразмерный скаляр
Количество поворотов, которые оплетка делает о продольной оси привода от одной заглушки до второго.
Braid stretching — Выбор того, смоделировать ли протяжение оплетки
Inelastic braids (значение по умолчанию) | Elastic braids
Выбор того, смоделировать ли протяжение оплетки. Опция по умолчанию, Inelastic braids, обрабатывает оплетки как гибкие, но нерастяжимые. Это - предположение, неявное в исходном уравнении Трубочки-из-теста-Hannaford. Длина оплетки является затем постоянной во время симуляции.
Альтернативная опция, Elastic braids, позволяет оплеткам расширять с загрузкой привода и давлением. Длина оплетки затем обработана как переменная во время симуляции. Это изменение добавляет исправление в уравнение Трубочки-из-теста-Hannaford для силы.
Thickness of braided shell and bladder — Объединенная толщина интерпретатора и мочевого пузыря
0.075 m (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина в единицах длины
Сумма толщин плетеного интерпретатора и мочевого пузыря в нем. Конечная толщина добавляет в уравнение Трубочки-из-теста-Hannaford для силы срок исправления. (В исходном уравнении Трубочки-из-теста-Hannaford интерпретатор и мочевой пузырь приняты, чтобы быть бесконечно тонкими.)
Cross-sectional area at port A — Область, нормальная, чтобы течь в газовом порте
0.01 m (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина в единицах длины
Область, нормальная, чтобы течь в газовом порте привода.
Total number of braids — Количество оплеток в плетеном интерпретаторе
80 (значение по умолчанию) | положительный безразмерный скаляр
Количество оплеток в интерпретаторе, окружающем мочевой пузырь. Когда оплетки - каждый пакет переплетенных скруток, количество оплеток обычно не является тем же самым как количеством скруток.
Зависимости
Этот параметр активен, когда опция Braid stretching установлена в Elastic Braids.
Number of strands per braid — Количество отдельных скруток в оплетке
3 (значение по умолчанию) | положительный безразмерный скаляр
Количество скруток в оплетке. Продукт этого номера и параметра Total number of braids дает общее количество скруток в интерпретаторе.
Зависимости
Этот параметр активен, когда опция Braid stretching установлена в Elastic Braids.
Strand diameter — Диаметр скрутки
0.25 m (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина в единицах длины
Средний диаметр скрутки в ее длине.
Зависимости
Этот параметр активен, когда опция Braid stretching установлена в Elastic Braids.
Young's modulus of strands — Степень, до которой скрутки расширяют под давлением
3e9 GPA (значение по умолчанию)
Модуль молодежи эластичности для материала скруток. Этот параметр определяет степень, до которой скрутки расширяют под давлением.
Зависимости
Этот параметр активен, когда опция Braid stretching установлена в Elastic Braids.
Environment pressure specification — Условие давления за пределами привода
Atmospheric pressure (значение по умолчанию) | Specified pressure
Условие давления в мгновенной среде привода. Манометрическое давление в приводе получено относительно этого давления. Выберите Atmospheric pressure, чтобы использовать атмосферное значение, заданное в блоке Two-Phase Fluid Properties (2P) или Specified pressure, чтобы использовать различное давление.
Environment pressure — Абсолютное давление за пределами привода
0.101325 (значение по умолчанию) | скаляр в единицах давления
Абсолютное давление в мгновенной среде привода. Привод сокращается, когда манометрическое давление в порте A (измеренный против этого значения) больше, чем нуль.
Зависимости
Этот параметр активен, когда опция Environment pressure specification установлена в Specified pressure.
Contact stiffness of braids at full muscle contraction or extension — Коэффициент жесткости для контакта обеспечивает в пределах движения привода
1e6 N/m (значение по умолчанию)
Коэффициент жесткости для контакта обеспечивает в пределах области значений привода движения. Сила контакта мешает приводу расширять или сокращаться вне его физических пределов. Сила контакта моделируется с помощью системы пружинного демпфера. Пружинный элемент добавляет укрепляющую силу, которая задерживает заглушки, если они достигают любого предела движения.
Для получения дополнительной информации о модели силы смотрите блок Translational Hard Stop.
Contact damping of braids at full muscle contraction or extension — Затухание коэффициента для контакта обеспечивает в пределах движения привода
1e4 N/(m/s) (значение по умолчанию)
Затухание коэффициента для контакта обеспечивает в пределах области значений привода движения. Сила контакта мешает приводу расширять или сокращаться вне его физических пределов. Эта сила моделируется с помощью системы пружинного демпфера. Демпфер добавляет вязкую силу в конец прописные буквы, если они достигают предела движения, заставляя их замедлиться к остановке.
Для получения дополнительной информации о модели силы смотрите Переводную Жесткую остановку.
Расширенные возможности
Генерация кода C/C++
Генерация кода C и C++ с помощью Simulink® Coder™.
Введенный в R2018b
