Air Muscle Actuator (G)

Линейный привод с характеристиками силы биологической мышцы

расширьте все на странице
  • Библиотека:

  • Simscape / Жидкости / Газ / Приводы

  • Air Muscle Actuator (G) block

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 порождена в портах Mechanical Translational R и C.

Воздух вторгается расслабленное состояние

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 крутящий момент привода отличается от нуля, и если загружающие условия позволяют, соединение вращается.

Сила привода

Масса и энергетические балансы привода как описано для блока Translational Mechanical Converter (G). Сила привода, однако, основана на стандартном уравнении Chou-Hannaford (с двумя коррекциями, сделанными для предположений упрощения об исходной модели). В его исходной форме уравнение Chou-Hannaford дает:

FC-H=πDM2P4[3(Ll)2−1],

где:

  • F является сжимающейся силой, порожденной приводом на его концы. Индекс C-H обозначает теоретическое значение исходной модели Chou-Hannaford.

  • D является диаметром блока интерпретатора и мочевого пузыря. Индекс M обозначает его максимальное теоретическое значение — что, в котором оплетки интерпретатора под прямым углом к его продольной оси.

  • P является абсолютным давлением в мочевом пузыре (измеренный против среды, внешней на привод).

  • 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:

DM=lnπ,

где n является количеством поворотов, которые оплетка делает о продольной оси привода.

Неявный в уравнении Chou-Hannaford предположения о бесконечно тонком мочевом пузыре и интерпретаторе и о неэластичных оплетках, неспособных к протяжению. Оба предположения могут понизить точность модели и корректируются для в этом блоке. Коррекция для протяжения в оплетке заменяет постоянную длину l на переменную длину l*:

l*=Cl+(Cl)2+12L2(C+1)2(C+1)+2nPD2Ed,

где l является естественной длиной оплетки, используемой в исходном уравнении Chou-Hannaford и:

  • C является термином коррекции для протяжения оплетки.

  • E является модулем Янга эластичности для материала оплеток.

  • d является диаметром скрутки в оплетке (каждая оплетка, являющаяся пакетом плотно переплетенных скруток).

Термин коррекции для оплетки, простирающейся, задан как:

C=n2π2Ed2NPlL,

где N является скрутками общего количества в плетеном интерпретаторе. Коррекция для толщины мочевого пузыря и интерпретатора добавляет в общую силу привода фактор:

FT=πP[t(2D−DM2D)−t2]

где t является совокупной толщиной мочевого пузыря и интерпретатора и индекса T обозначает коррекцию для толщины. Общая сила привода:

F=FH-F+FT,

где длина скрутки, используемая в вычислении термина Трубочки-из-теста-Hannaford, является переменной l*. Этой силе противодействуют в пределах расширения и сокращения поступательные жесткие упоры. 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

Газ, открывающийся для герметизации привода. Соедините этот порт с источником давления для привода. Давление в этом управление портами сила сгенерировано приводом.

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.

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.

Тепловое граничное условие между объемом газа 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

Расстояние между заглушками привода в расслабленном состоянии, когда это и разгружено и негерметичное. Расширение привода в процессе моделирования заставляет его расширяться и одновременно сокращаться. Привод короче, чем его оплетки, который должен сказать, что его начальная длина должна быть меньше параметра Unstretched braid length.

Длина оплетки, как измерено с ее выправляемыми очередями и любые удаленные загрузки. Если оплетки будут эластичны, их (общая) длина будет меняться в процессе моделирования в зависимости от давления и загрузки. Когда оплетки являются раной о продольной оси привода, их длина всегда больше параметра Initial actuator length.

Количество поворотов, которые оплетка делает о продольной оси привода от одной заглушки до второго.

Выбор того, смоделировать ли протяжение оплетки. Опция по умолчанию, Inelastic braids, обрабатывает оплетки как гибкие, но нерастяжимые. Это - предположение, неявное в исходном уравнении Chou-Hannaford. Длина оплетки является затем постоянной в процессе моделирования.

Альтернативная опция, Elastic braids, позволяет оплеткам расширять с загрузкой привода и давлением. Длина оплетки затем обработана как переменная в процессе моделирования. Это изменение добавляет коррекцию в уравнение Chou-Hannaford для силы.

Сумма толщин плетеного интерпретатора и мочевого пузыря в нем. Конечная толщина добавляет в уравнение Chou-Hannaford для силы термин коррекции. (В исходном уравнении Chou-Hannaford интерпретатор и мочевой пузырь приняты, чтобы быть бесконечно тонкими.)

Область, нормальная, чтобы течь в газовом порте привода.

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.

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.

Средний диаметр скрутки в ее длине.

Зависимости

Этот параметр активен, когда опция Braid stretching установлена в Elastic Braids.

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.

Условие давления в мгновенной среде привода. Абсолютное давление в приводе получено относительно этого давления. Выберите Atmospheric pressure использовать атмосферное значение, заданное в блоке Two-Phase Fluid Properties (2P) или Specified pressure использовать различное давление.

Абсолютное давление в мгновенной среде привода. Привод сокращается, когда абсолютное давление в порте A (измеренный против этого значения) больше нуля.

Зависимости

Этот параметр активен, когда опция Environment pressure specification установлена в Specified pressure.

Коэффициент жесткости для силы контакта 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.

Коэффициент демпфирования для силы контакта 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 дно, если они достигают предела движения, заставляя их замедлиться к остановке.

Для получения дополнительной информации о модели силы смотрите Translational Hard Stop.

Примеры модели

Antagonistic McKibben Muscle Actuator

Антагонистический привод Маккиббена мышц

Эта демонстрация показывает приведение в действие мышц на основе двух воздушных приводов мышц (или Маккиббен искусственные мышцы) в антагонистической связи. Воздушные приводы мышц соединяются с противоположными сторонами рычага. Распределительным клапаном с 4 путями управляет электромеханический привод клапана. Направленным способом с 4 путями, когда путь с высоким давлением P-A и возвратная линия B-T открыты, лучший воздушный привод мышц сокращает и обеспечивает нижний воздушный привод мышц на противоположной стороне, чтобы расширить. Точно так же как путь с высоким давлением P-B и возвратная линия открытый A-T, нижний воздушный привод мышц начинает сокращаться и обеспечивает лучший воздушный привод мышц, чтобы расширить. Колеблющиеся движения мышц преобразованы в угловое вращение выходной загрузки, соединенной с механическим рычажным устройством, смоделированным с заводными рукоятками ползунка.

Расширенные возможности

Генерация кода C/C++
Генерация кода C и C++ с помощью Simulink® Coder™.

Смотрите также

| |

Введенный в R2018b

Документация Simscape Fluids

Поддержка

Для просмотра документации необходимо авторизоваться на сайте