气动人工肌肉是种功率重量比大，柔性好，制造使用都很简便的新型执行器，在国外的许多机器人研究中得到成功应叫。气动肌肉结构如阁1所。其内部是弹性很好的橡胶管，外部为层高强度的纤维编制网。当允以气体时，气动肌肉膨胀，同时引起其在纵1；收缩。，其端连以负载。就可以靠收缩产生的力驱动负载。
目前最常采用的气动肌肉静态模型公式为该公式在推导过程中进行了如1假设1气动肌肉膨胀的形状为理想的晷柱体2不考虑橡胶的弹性；3汀维网和橡胶脊之间没摩擦力，由于忽略了实际因素的影响，使得气动肌肉的理想特性和实际特性之间存在着很大的差距。本文分析研究了些实阽因素对气动肌肉模型的影响。
以期对气动肌肉的实际特性有个更深的了解。
2考虑气动肌肉端部形状影响的改进模型在推导传统模型公式的时候，都做了认为气动肌肉膨胀以后为理想圆柱体的假设。但实际上，气动肌肉膨胀以后在两个端部，最大直径到端部有个过渡部分，当气动肌肉长径比很小时，在推导公式时忽略这部分的影响而做理想圆柱体假设则有可能Fo气动肌肉收缩力；F供气压力；0纤维编制网线与气动肌肉纵向之间的夹角；1纤维线长度；起很大误差。为此，以考虑端部过渡影响进行模型推导。
当气动肌肉为理想圆柱体时，其长度直径编织线长的几何关系2，考虑气动肌肉不以理想圆柱体的形状3.
假设气动肌肉由中间直径为0时的圆柱体过渡到直径为队的端部时截面的过渡曲线是个设加为在理想圆柱体上编织线的长度，由于在端部存在过渡区，因此实际纤维编织线长度和理想长度是不，下面排导实小编织线长和加的系设1为编织线在端部过渡区的长度，扑为编织线在理想圆柱体端部的长度，中间圆柱体段编织线长为则理想圆柱体上编织线总长为而实际气动肌肉上编织线总长为在横截而上过渡晷弧的长度为近似尺为经推导可以得出如下关系又在初始位置时，认为橡胶管直径和端部直径相等，因此有关系式成立因此联立以上各式可得则竹设在某肀衡状态下，气动肌肉的内部压力为尸，所受外力为给气动肌肉个虚位移，则引起气动肌肉容积的变化由虚功原理有当考虑端部影响时，气动肌肉膨胀后的体积不是理想的圆柱体，设其体积为其中为实际体积和理想圆柱体体积的比值而气动肌肉长度为设气动肌肉收缩比为则公式16可成为另种型式1是考虑实1不编织线长和理想柱体上编织线长的不同而加的系数。当编织角越小的时候，越接近而当编织线的缠绕圈数越多。也载接近1.
灸2的大小和气动肌肉的长径比以及直径都有先当充气承载后的气动肌肉直径越接近端部直径时，则灸2越接近即端部影响越小。
由上面分析可以看出，当考虑气动肌肉端部影响时，在理想收缩力模型公式上乘以个系数就可以得到实际收缩力。
3考虑橡胶管弹性影响的气动肌肉模型橡交管充气变形后，由于弹性将会在其内部产生应力。在横向直径变大以后，有部分弹性能储存于橡胶内，抵消了部分气压的作用力；同时当橡股管受外力作用而伸长时，在纵向也仃个由于橡胶本身弹性引起的收缩力。下面分析这两个力对理想模型的影响。
1不考虑橡胶矜内横向和纵应变和应力之间的影响，认为它们之间是独立的；认为槐胶脊的变形和应力之间是线十的，下面推导考虑橡胶弹性时气动肌肉的受力关由以上各式可得4丌在以上求导过程中，认为幻和不变。最后程为，气动肌肉收缩力理想模型和实验对比理想模型实验曲线也。
改进模型和实验对比改进模型实验曲线3理想模型和实验对比理想模型实验曲线，改进模型和实验对比改进模型实验曲线7等长特性曲线橡胶由于被拉长产生的弹性力，认为其力和长度是线性关系，则有其中为橡胶的弹性模量，1为橡胶管的壁厚，1为橡胶管充气未受载情况下的长度，为纤维线在横向所受的总力其中，为纤维线的总根数，为单根纤维线横分力大小，在纵截面上的受力关系5，力平衡方程为其中为橡胶荇在纵向闪周氐变氐而产生的弹性力，认为其应力应变符合线性关系，则有为纤维线在纵向所受总力其中，为单根纤维线纵向分力大小又纤维线横向和纵向分力有如下关系成立联立以上各式，最后可得考虑橡胶弹性时气动肌肉的收缩力为可以看出当考虑弹性力时，气动肌肉实际收缩力1圮在理想模型中收缩力公式加上和减去考虑弹性的两项4考虑橡胶管和编织网线之间的摩擦影响橡胶管和编织网之间的静摩擦力在切影响实际桢吧和理想模型之间的距闪真中起傲艮大的作用。静摩擦力不仅和橡胶的类型性能纤维网的编织的疏密等有关，还和供气压力及橡胶直径有关。
从纤维网和橡胶管之间的受力可以看出，不管是力减少的过程还是力，加的过程，橡胶管面和纤维之间永远存在着是橡胶管要膨胀而纤维网限制其膨胀的趋势。而不存在橡胶管收缩而纤维网限制其收缩所产生摩擦的情形。因此可以认为橡胶管和纤维网之间不管在什么情况下总有个橡胶管膨胀力的方向在气动肌肉两端部合力的方向永远是个方向，即和所受外力方向相反。因此由于该静摩擦力的影响，使得气动肌肉实际的收缩力要比理想情况下的要小，品摩擦力的大小和汴多因茗，关，其具休数位只能通过实验间接得到或推断。在此只认为它的大小是和材料特性供气压力及橡胶的直径有关系，即为综合以分析。我们给出个考虑端部效应杓胶弹性和摩撺力影响的改进模型5改进模型和实验的对比实验所采用的气动肌肉为英国3，公司的产。代参数如下初始直抒20初始长度15，纤维线缠绕圈数15.
由于理论得到静摩擦力的公式很困难，因此只能由实验得到经验公式。所给出的经验关系式为和为根据经验给出的系数。
我们分别逃行厂等压下气动肌肉收缩力和长度关系特性以及等长下收缩力和压力关系特性的测试。理论结果和实验结果对比67.
6结论气动人工肌肉的特性具有非线性，要得到它非常准确的模型是很困难的。本文对影响其理想模型和实不模型之间差距的因素进行了分析，并给出了个改进的模型。实验明，该模型比理想模型更接近实际些。但是，气动肌肉特性还存在很大的滞环特性，这和橡胶的特性有很大关系，因此使得气动肌肉的开环位置控制存在比较大的误差，为得到好的位置精度还需要采用合适的闭环控制方法。
刘荣，宗光华，人工肌肉驱动特性研宄，高技术通讯，作者隋立明男博±研究生。哈尔滨工业大学气动技收稿日期2001
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