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摘要：为研究串联结构对气动复合弹性体弯曲变形的影响，本文提出双驱动型单向弯曲关节与单向弯曲关节串联结构。利用静力学实验装置进行了气动复合弹性体不同驱动方式下的弯曲变形对比实验，获得了串联结构对气动复合弹性体弯曲变形性能的影响规律。实验结果表明：在0.35MPa下，遠关节单独驱动时弯曲角度为74°，基关节单独驱动时弯曲角度为88°，基远关节同时驱动时弯曲角度为162.5°。从数值上看，基、远关节同时驱动时的弯曲角度近似等于基关节单独驱动与远关节单独驱动之和，即符合线性叠加原理。
关键词：串联结构；气动复合弹性体；弯曲变形
气动复合弹性体在变形时具有柔顺性好、结构简单、清洁无污染等优点[1]。近几十年来，国内外专家对其性能进行了广泛研究。例如：美国McKibben型肌肉[2]以色列海法大学Yoel Shapiro等人研制一种单自由度的弯曲型驱动器及浙江工业大学张立彬等人提出的新型的弯曲关节（FPBJ）[3]等。但是关于串联结构对形变性能的影响研究较少，为此本文对串联结构下的气动复合弹性体进行了弯曲变形对比实验。
一、气动复合弹性体串联结构弯曲变形实验分析
为了提高柔性关节的弯曲变形能力并保持一定的夹持能力，本文采用双驱动型单向弯曲关节与单向弯曲关节串联的结构（图1）。该串联模型具有三种工作方式：基关节单独驱动、远关节单独驱动和基远关节同时驱动。
利用图2所示的静力学实验系统，完成三种不同驱动方式下关节的弯曲变形实验。该实验系统（图3）主要由气压控制系统和数据测量系统两部分组成。其中，气压控制系统主要包括气源、气动三联件、精密减压阀等组成，而数据测量系统则有单片机、陀螺仪以及上位机等组成。
实验测量过程中，通过调节精密减压阀来控制气压值P的大小，通过单片机和陀螺仪来测量不同气压值下关节相对应的弯曲角度θ，在相同条件下进行多组实验，并记录实验数据。
从图4可以看出，三种驱动方式下，远关节端面的弯曲角度均随着气压值的增加而变大且弯曲变形曲线具有一定的非线性。在0.35MPa下，远关节单独驱动时弯曲角度为74°，基关节单独驱动时弯曲角度为88°，基远关节同时驱动时弯曲角度为162.5°。从数值上看，基、远关节同时驱动时的弯曲角度近似等于基关节单独驱动与远关节单独驱动之和，即符合线性叠加原理。
二、结论
本文主要对串联结构下的气动复合弹性体进行了弯曲变形的对比实验，并获得了串联结构对气动复合弹性体弯曲变形性能的影响规律。实验结果表明，串联结构下的气动复合弹性体弯曲变形符合线性叠加原理。
参考文献：
[1]陶国良，谢建蔚，周洪.气动人工肌肉的发展趋势和研究现状[J].机械工程报，2009，45（10）：75-83.
[2]张远深，刘明春，赵娜，等.McKibben气动人工肌肉技术的发展历程[J].液压与气动，2008，32（7）：13-15.
[3]邵铁锋，张立彬，都明宇等.非完全对称气动柔性弯曲关节力学特性实验[J].农业机械学报，2014，45（11）：337-343.