Pneumatic muscle - measurement results and simulation models

• Autorzy: Pilch Z. , Bieniek T.

Warianty tytułu

PL

Mięsień pneumatyczny - wyniki pomiarów oraz modele symulacyjne

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In the paper the advantages of pneumatic muscle are described. In the article are also presented: Measurement stand for determine the static and dynamic characteristic pneumatic muscle MAS-10-88N (Festo manufacture). Mathematical model of pneumatic muscle for static and dynamic simulations. Results of the simulations for differents conditions pressures supply.

PL

W pracy przedstawiono wyniki pomiarów dla stanu statycznego i dynamicznego mięśnia pneumatycznego. Mięsień pneumatyczny zaliczany jest do klasy aktuatorów jednostronnego działania (tzn. o jednym ruchu roboczym). W rozdziale 1 omówiono krótko budowę mięśnia. W dużym uproszczeniu można powiedzieć, że jest to element o konstrukcji membranowej. Ściślej jest to giętki, podatny przewód opleciony podatnym, rozciągliwym materiałem o strukturze romboidalnej. W rezultacie daje o strukturę trójwymiarowej siatki. Elementy wykonawcze cechują się szeregiem zalet. Najważniejsze z nich to: odporność na zanieczyszczenia zewnętrzne i wewnętrzne (jakość zasilającego czynnika), duża dynamika odkształcenia, możliwość przenoszenia dużych obciążeń. W rozdziale 2 przedstawiono zbudowane stanowisko pomiarowe, na którym przeprowadzono badania pomiarowe. Do pomiaru skrócenia mięśnia oraz zmiany jego średnicy wykorzystano czujniki zegarowe o dokładności pomiaru 0,01 mm. Jako obciążenie dla badanego mięśnia zastosowano sprężyny o różnych stałych (c1 = 10 N/mm; c2 = 18 N/mm; c3 = 35,8 N/mm oraz c4 = 66,22 N/mm). Stanowisko zaprojektowano w programie Inventor. W rozdziale 3 przedstawiono i omówiono wyniki przeprowadzonych pomiarów. Pierwsza część dotyczy pomiarów statycznych. Na rys. 3a zamieszczono rodzinę charakterystyk (dla ciśnienia zasilania 1, 2, ..., 6 bar) przyrostu promienia zewnętrznego mięśnia w funkcji jego długości. Na rysunku widoczne są punkty pomiarowe oaz linią ciągłą oznaczone funkcje aproksymujące te wartości. Rysunek 3b przedstawia procentową kontrakcję - daną zależnością (1) - w funkcji różnych wartości ciśnienia zasilania mięśnia. Kolejne krzywe odnoszą się do różnych wartości obciążenia mięśnia. Na podstawie przeprowadzonych badań pomiarowych oraz uzyskanych z nich wyników opracowano modele służące do wyznaczania charakterystycznych dla mięśnia pneumatycznego wielkości (wymiary - średnica, skrócenie oraz siła) w funkcji wielkości wejściowych (siła obciążenia, ciśnienie zasilania mięśnia). Pierwszy z przedstawionych modeli (rys. 5b) to model pozwalający wyznaczyć skrócenie wyrażone w procentach oraz w milimetrach, wartość siły, z jaką działa mięsień. Wielkościami zadanymi jest ciśnienie powietrza oraz stała sprężyny. W dalszej części przedstawiono model dynamiczny mięśnia pneumatycznego zaimplementowany w środowisku Matlab/Simulink bazujący na wyprowadzonym równaniu ruchu oraz charakterystyce izobarycznej mięśnia (model na rys. 8). W dalszej części przedstawiono wyniki symulacji - czasowe charakterystyki skrócenia, prędkości i przyspieszenia mięśnia. Artykuł podsumowano wnioskami w punkcie 5.

Słowa kluczowe

EN

pneumatic muscle; simulation model; biomechanics

PL

mięsień pneumatyczny; model symulacyjny; biomechanika

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Instytut Elektrotechniki
• Czasopismo: Prace Instytutu Elektrotechniki
• Rocznik: 2009
• Tom: Z. 240
• Strony: 179--193
• Opis fizyczny: Bibliogr. 5 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Pilch Z.

autor

Bieniek T.

• Politechnika Śląska, Wydział Elektryczny, Katedra Mechatroniki, Akademicka 10a, 44-100 Gliwice,

Bibliografia

• 1. Bieniek T.: Elaboration of a mathematical model and laboratory stand project used in pneumatic muscle research. MSc work realize in Mechatronic Division, Electrical Faculty, Silesian University of Technology, Gliwice 2008.
• 2. Bulletins of FESTO Company: Info 501
• 3. Dindorf K.: Modelling of musculotendon systems using pneumatic actuators. BIOALGORITHMS AND MED-SYSTEMS, Journal edited by medical college – Jagiellonian University, Vol. 1, no. 1/2, 2005, pp. 147-156.
• 4. Kerscher T., Albiez J., Zöllner J.M., Dillmann R. (IEEE Member): Evaluation of the Dynamic Model of Fluidic Muscles using Quick-Release, http://ieeexplore.ieee.org/ file name: 01639161.pdf
• 5. Computer program Festo MuscleSim v.2.0.1.5 from the page http://www.festo.com/ /INetDomino/coorp_sites/en/9629a4820d7e6468c1256b410050e38e.htm