海水液压人工肌肉驱动的水下作业机械手关键技术研究

水下作业机械手是海洋开发、救助打捞以及军事领域所最关心的高新技术装备之一，流体驱动人工肌肉则是流体传动领域的研究热点和前沿。结合海洋环境兼容的海水液压技术，本项目以海水液压人工肌肉在水下作业机械手中的应用基础研究为对象，研究水压人工肌肉的驱动特性，提出基于结构参数、压力流量耦合及迟滞特性的非线性控制新方法；研究控制阀与水压人工肌肉压力、控制参数匹配问题，研制基于压电驱动的低压小流量海水液压控制阀；针对大深度水下作业复杂工况条件，在海水液压开式系统基础上，提出阻尼匹配压力变化和控制阀零位泄漏的新方法；通过仿人灵巧关节设计和建立双向力反馈机械关节系统，结合试验研究提出新的主从遥控位置/力复合控制策略。本项目着眼于海水液压人工肌肉驱动的水下作业机械手关键技术的应用基础研究，对于丰富水下作业机械手传动及控制理论、推动我国海水液压技术应用、奠定水压人工肌肉应用技术基础等具有重要的理论和现实意义。

水下作业机械手的操纵性和工作效能，是目前水下及深海开发利用领域的重要研究课题。本项目研究水压人工肌肉驱动的水下作业机械手关键技术，致力于提高水下作业机械手的仿生性和操纵性开展相关应用基础研究工作。本项目通过分析人工肌肉编织和总成结构，选取适应高强度水压人工肌肉工作特性的高强度纤维和弹性橡胶材料，设计了提高耐内部水压和拉伸强度的新结构，研制了高强度水压人工肌肉；针对水压人工肌肉动态过程特点，建立了水压人工肌肉驱动特性数学模型，提出了水压人工肌肉压力控制回路和新方法，试验研究了水压人工肌肉的静动态驱动特性；为了适应水压人工肌肉压力控制的要求，研制了直接压电驱动的海水液压控制阀，建立了阀的数学模型，仿真分析了压电叠堆驱动力相匹配的阀芯液压力平衡、位移微调和阀结构参数，试验测试了直接压电驱动控制阀的性能；针对海水液压开式系统污染控制问题，设计了冗余反冲洗过滤回路，提出了采用开式过滤阻尼实现预排气和随水深变化的压力自动平衡，探讨了新的深海海水液压开式动力源驱动与结构形式；设计了对抗性水压人工肌肉机械关节，搭建了人工肌肉驱动的机械关节试验系统并开展了试验研究。