The Design and Mathematical Model of a Novel Variable Stiffness Extensor-Contractor Pneumatic Artificial Muscle

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作者
Hassanin Al-Fahaam,Samia Nefti‐Meziani,Theo Theodoridis,Steve Davis
出处
期刊:Soft robotics [Mary Ann Liebert, Inc.]
卷期号:5 (5): 576-591 被引量:51
标识
DOI:10.1089/soro.2018.0010
摘要

This article presents the design of a novel extensor-contractor pneumatic artificial muscle (ECPAM). This new actuator has numerous advantages over traditional pneumatic artificial muscles. These include the abilities to both contract and extend relative to a nominal initial length, to generate both contraction and extension forces, and to vary stiffness at any actuator length. A kinematic analysis of the ECPAM is presented in this article. A new output force mathematical model has been developed for the ECPAM based on its kinematic analysis and the theory of energy conservation. The correlation between experimental results and the new mathematical model has been investigated and show good correlation. Numerous stiffness experiments have been conducted to validate the variable stiffness ability of the actuator at a series of specific fixed lengths. This has proven that actuator stiffness can be adjusted independently of actuator length. Finally, a stiffness-position controller has been developed to validate the effectiveness of the novel actuator.
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