Caracterização Experimental e Modelagem Estática de Atuadores McKibben

Os atuadores McKibben são atuadores pneumáticos com razões de força para peso muito altas. Sua capacidade de corresponder ao comportamento dos músculos biológicos melhor do que qualquer outro atuador motivou muitas pesquisas sobre a caracterização e modelagem desses atuadores. O objetivo deste artigo é caracterizar experimentalmente o comportamento dos músculos artificiais McKibben com parâmetros geométricos básicos e apresentar um modelo que seja capaz de prever com precisão o comportamento estático em termos de força bloqueada e deslocamento livre. Uma série de experimentos visando compreender o comportamento estático dos atuadores foi conduzida. Os resultados para três comprimentos diferentes (4 pol., 6 pol. e 8 pol.), três diâmetros (1/8 pol., 1/4 pol. e 3/8 pol.) e uma espessura de parede (1/16 pol.) a pressões variando de 10 psi a 60 psi ilustram as principais tendências de design observadas na geometria dos atuadores McKibben. Embora modelos existentes prevejam esse comportamento estático, há graus variados de precisão, o que motiva o presente estudo. Usando o conhecimento obtido a partir do estudo experimental, melhorias para as duas abordagens de modelagem foram exploradas, incluindo efeitos do armazenamento de energia elástica, forma não cilíndrica e espessura variável. Para aumentar a precisão do modelo, um outro conjunto de experimentos foi utilizado para caracterizar a elasticidade dos tubos de borracha e fibras da trança. Comparações dos dados medidos com o modelo melhorado indicam que a capacidade de prever com precisão o comportamento estático dos atuadores McKibben aumentou.