McKibbenův pneumatický sval - modelování a použití v hmatovém rozhraní

Abstract

Práce popisuje vlastnosti McKibbenova pneumatického svalu a představuje dosavadní stav jeho matematického modelu, který rozšiřuje především v oblasti termodynamiky. Nový termodynamický model vychází z metody použité doposud pouze pro popis termodynamických jevů během pracovního cyklu pneumatického válce. Tato metoda je aplikována na pneumatický sval, následně podstatně rozšířena a do nově navrženého matematického modelu je zahrnuto i teplo generované třením. Dále je verifikována platnost tohoto modelu a jeho chování diskutováno s charakteristikami naměřenými na reálném systému. Praktická část práce je věnována hmatovým rozhraním a popisu konstrukce vlastní hmatové rukavice s pneumatickými svaly. Je navrženo její řízení v otevřené smyčce pomocí matematického modelu pneumatického svalu. Navržená hmatová rukavice je velmi lehká, kompaktní a levná, vhodná pro ovládání a zpětnovazební silové působení v robotice, teleprezenci či virtuální realitě.This work describes exceptional properties of McKibben pneumatical muscle and introduces its state-of-the-art model. The mathematical model is extended especially in a field of a thermodymical behavior. A new model applies a method used for describing of a thermodynamical behavior of pneumatic cylinders until now. This method is significantly upgraded to fit a muscle behavior, particularly by considering a heat generated by a muscle internal natural friction. The model is than verified and discussed with a real system. The haptic part introduces a development and design of a haptic glove interface for the use in robotics, especially in telepresence, or in VR. The force and touch feedback is provided by Pneumatic Muscles controlled by an open loop algorithm using the introduced mathematical model. The design is light and compact.