仿生六足折纸机器人结构设计与运动分析

针对现有折纸机器人组成结构单一,运动不够灵活的问题,将折纸结构与多足机器人设计相结合,耦合三浦折纸和六折痕折纸,提出新型的仿螃蟹六足折纸机器人设计方案,扩展了折纸机器人的运动构型,提升了折纸机器人的运动灵活性.在面对称假设下,该机器人单足具有2个自由度,此时将机器人腿部顶点等效为关节,轴线折痕等效为连杆,建立机器人腿部的平面连杆等效模型,并以折面夹角为运动变量,通过仿真计算得出机器人足端的理论运动范围.利用楔形面板技术对折面增厚并避免相邻折面发生物理干涉,建模得到折纸仿螃蟹六足机器人的三维模型.基于平面连杆的等效模型,分析折面夹角与足端运动之间的联系,设计确定机器人的足端运动轨迹与运动步态.利用3D打印技术设计并制作折纸仿生六足机器人试验样机,基于STM32单片机控制实现了机器人三横向角步态运动.结果表明,该折纸仿生机器人可以实现平面构型到仿螃蟹构型的转换,在6条腿的协同运动下,机器人可以平稳地左右横向移动.

折纸运动学综述

随着21世纪折纸工程学的发展,折纸不再仅仅是一项民间艺术,一方面数学家前期的大量工作随之浮出水面,另一方面工程应用对折纸结构折叠过程的描述与分析都提出了新的挑战.同时,折纸的对象也不再局限于简单的纸张,工程中存在大量的厚度不可忽略的平板结构,他们的折叠展开问题一直困扰着相关的工程应用.近几年超材料的发展给模块化折纸带来了一次从玩具到高科技的飞跃,然而如何协调地安排这些折纸模块使得整体结构展现出超常且可变化调控的性能是折纸领域的新热点.由此可见,折纸运动学在诸多应用与探索方面都起到了决定性的基础作用.本文重点介绍了已有的机构学理论与方法及其在各种折纸结构分析设计中的应用,旨在为折纸工程学的发展提供坚实的理论技术基础.

高速自适应双稳态折纸软体夹持器设计与分析

提出了一种单顶点多折痕(single-vertex and multi-crease,SVMC)的双稳态折纸软体夹持器,具有结构简单、成本低、变形速度快、承载能力强等优点,有效改善了传统模型响应速度慢、夹持效率低等缺陷。该模型基于水弹结构建立,利用球面三角形余弦定理分析了折痕角度之间的关系并建立运动学方程;同时借助扭簧模型探究变形过程中的势能转化规律。分析了折痕长度与初始角度对能力存储和释放过程的影响,并以此为基础优化了模型结构参数。实验结果表明,当受到2.6 N的外部触发力时,软体夹持器可在61 ms内完成从外展姿态到内缩状态的变化,实现对目标表面的快速包络;同时,借助线绳驱动提供更大的夹紧力,完成对目标的高效稳定抓取。此模型可广泛应用于复杂轮廓目标抓取和快速食品分拣领域。

基于现代折叠技术的折纸工艺课程教学实践研究

拥有悠久历史的折纸艺术随着近代教育的发展而迸发出强大的生命力,其延伸出的折叠技术也在不同领域中得到广泛的应用。设计中的折叠形态越来越受到学者的关注和重视,折叠技术也逐渐成为设计师必备的基础技能,折纸工艺课程的开设正顺应了这一趋势。该文作者阐述该课程的开设背景、教学理念等内容,通过教学实践提升学生的动手能力、空间思维能力,也积累了艺术设计专业基础教学的有益经验。

折纸形气动软体驱动器设计与性能分析

为了实现气动软体驱动器的大变形,利用折纸结构的折展变形设计一种新型的软体驱动器。建立了该驱动器气压与其弯曲角度之间的关系,建立了驱动器的运动学模型,分析了结构参数对驱动器弯曲性能的影响,分析表明可通过调节气压实现弯曲形态的变化。制作样机,搭建实验平台进行运动和力学性能测试。实验结果表明所设计的驱动器具有两段不同的弯曲特性,可以展现出不同运动形态,可操纵诸如豆腐、水果等表面光滑、易损坏、易变形的物体。当气压为100 kPa时,末端力可达11 N。说明所设计的驱动器具有较好的形状适应性和高负载能力,为软体驱动器设计提供新思路。

折纸型准零刚度系统的隔振性能研究

准零刚度隔振系统因具备高静态低动态的刚度特性得到广泛研究,但是较短的准零刚度行程限制了其在低频隔振领域的应用推广。基于非线性正刚度和非线性负刚度并联的理念,由Kresling折纸构型启发设计一种新型的准零刚度隔振系统,采用有限元分析准零刚度隔振系统的可行性。建立了折纸型准零刚度系统的力学模型,研究了在正常工况下阻尼比、荷载幅值和回复力模型高阶项对幅频特性和力传递特性的影响,并扩展到过载工况下折纸型准零刚度系统隔振性能研究。开展折纸型准零刚度系统隔振试验并与有限元结果进行对比分析。分析结果表明,隔振系统随着阻尼增大和激振力幅值减小,响应幅值和传递率均会减小。具备高阶项的回复力模型使折纸型准零刚度系统在正常和过载工况下具有更低的起始隔振频率、共振频率以及振动传递率。试验验证折纸型准零刚度系统具备较为良好的隔振性能。

基于DNA折纸订书钉链折叠的信息加密策略

DNA折纸结构是蕴含复杂序列折叠信息的纳米结构,为发展具有超大密钥空间的信息加密技术提供了新思路。该文设计了一种能够充分发挥DNA折纸结构信息特征的信息加密策略,与先前利用DNA折纸骨架链折叠的思路不同,该文基于订书钉链集合的非线性组合特征,提出通过探索其更为广阔的折叠多样性来实现更大的密钥空间。该策略的密钥空间计算模型分解为订书钉链的结合域模式、协同折叠以及独立性3个因素,分别考虑了订书钉链的链内区段分布性、链间排布多样性以及序列特异性。以上3种因素的组合,使单位几何空间内DNA折纸的折叠多样性更有效地转化为密钥空间。该策略是一种基于生物分子热力学的加密方式,为扩展信息安全的应用场景提供了新的可能。

微型飞行器扑翼表面集成变形折纸天线

多数微型飞行器(MAV)集成的天线为固定结构,仅具有单一工作频段,为了扩大微型飞行器集成天线的工作频段覆盖范围,采用柔性介质基板设计具有频率可变特性和双频特性的扑翼表面集成折纸天线。折纸天线二维平面结构的谐振频率为915 MHz和2.49 GHz;集成至扑翼表面的三维立体结构的谐振频率分别变为990,950 MHz和1.83 GHz, 940 MHz和1.76 GHz。采用聚酰亚胺(PI)基底加工的天线测试结果表明,天线工作频段覆盖2 G、4 G与5 G通信系统多个频段,实现了频率可变特性。

堆叠三浦折纸隔振器理论模型及低频隔振特性

低频振动衰减速度慢难以控制,严重影响高端装备的精度、稳定性和可靠性.线性隔振器因承载能力和隔振频带之间的固有矛盾无法有效隔离低频振动.因此,可通过引入非线性获得等效负刚度和非线性刚度构建准零刚度隔振器,以实现低频隔振.折纸结构具有双稳态、负泊松比和负刚度等独特的力学特性,近年来得到了广泛关注.受堆叠三浦折纸(stacked Miura-ori,SMO)启发,提出了一种新型SMO隔振器,由SMO结构和线性弹簧并联构成.基于能量法推导了SMO结构的势能方程,获得了竖直方向的力-位移关系,揭示了SMO结构大行程负刚度机理.研究了无应力条件下不同初始角和折痕刚度比对SMO隔振器的恢复力的影响规律,阐明了SMO隔振器非线性刚度调节机制.建立了SMO隔振器的理论模型,基于谐波平衡法推导了位移传递率.通过数值仿真研究了不同负载下的低频隔振性能.最后研制了SMO隔振器的原理样机,试验验证了SMO隔振器的恢复力和低频隔振性能.结果表明,折纸隔振器峰值频率可低至1.52 Hz,最小峰值传递率为1.29.本研究为低频折纸隔振结构的设计提供了一种新思路.

基于三浦折纸电容式压力传感器的仿真与优化

柔性电容式压力传感器的灵敏度通常随压力的增加而衰减,这可能会影响其在具有环境压力情况下的应用。基于三浦折纸结构的柔性电容式压力传感器由于其特殊的折叠方式,可以同时改变电极之间的距离和正对面积来提高电容的相对变化率。本文通过有限元仿真验证了三浦折纸电容式压力传感器的灵敏度随压力的增加而增大的变化规律。此外,仿真了不同初始二面角和厚度的三浦折纸传感器在不同压力下的电容变化情况,从结构上进行性能优化。

折纸艺术在现代灯具设计中的转化方式研究

理性探讨折纸艺术在现代灯具设计中的转化方式。首先围绕概念,分类,特征论述了折纸艺术相关的理论,并对现代灯具产品设计的研究现状进行了分析,总结出同质化现象普遍和文化内涵性不高两个现有问题,然后围绕形态美感科学结构情感内涵3个层面分析了折纸艺术转化到灯具设计中的可能性。结合日常生活中的折纸艺术与现代灯具融合的案例分析,从单一转化,整合转化,创新转化3个角度提出了折纸艺术在现代灯具设计中的3种转化方式。将折纸艺术转化到现代灯具设计中无论是对折纸艺术层面,还是对现代灯具产品层面,均具有积极意义,有助于拓展现代灯具产品设计的创新思路,有助于丰富现代灯具产品的文化内涵,有助于促进折纸艺术的传承与多元化发展。

折纸艺术与视觉传达创新设计

折纸艺术,作为一种源远流长的艺术形式,因其独特的空间构造和形态变化为视觉传达领域带来了新的设计灵感。本文就折纸艺术与视觉传达的创新结合进行了深入探讨,展示了折纸艺术在服装、产品包装、艺术装置等多个方面的应用效果,以期可以揭示传统艺术形式如何在现代设计语境下焕发新的生命力,并为设计师和艺术工作者提供创新工具,促进艺术与设计领域的持续创新和发展。

折纸艺术在现代数字服装中的设计应用

折纸艺术在现代数字服装设计中的应用展现了对传统艺术与数字化技术的融创新生。研究折纸艺术的设计美学内涵,利用Style3D数字化建模软件进行虚拟折纸拟态实践。从点折、线折、面折3方面进行数字折纸效果实验,通过分析成形方法,成功将折纸艺术的特殊造型美感融入虚拟服饰设计中。采用三维数字化模拟技术,实现了以折纸造型为主题的6套三维数字服装作品设计。利用数字化折纸造型方法可以创造出美观性和复杂性兼具的数字化服装。在展现折纸艺术独特风格魅力的同时,也为服装设计领域注入新的灵感和思路。

折纸艺术与环境设计的创新交融:塑造空间美学的新路径

随着环境设计领域的持续进步与创新,作为一种极具创造力和感染力的艺术,折纸艺术正逐步在环境设计中占据一席之地。文章深入探讨了折纸艺术在环境设计中的应用与潜力,通过对折纸艺术进行细致分析,揭示了其独特的视觉语言和空间构成能力,以及在塑造环境美学方面所表现出的显著优势。文章还结合实际案例,分析了折纸艺术在特定环境设计中的应用策略与实现效果,不仅从理论层面深化了对折纸艺术与环境设计交融的理解,也通过实证数据展示了这种融合的实践价值。

折纸艺术与文创产品设计的融合创新

首先通过梳理折纸艺术和文创产品的发展历程与现状,分析二者之间的关联性和潜在的创新空间;其次采用设计研究方法,结合实际案例,探讨折纸艺术在文创产品设计中的应用;再次通过对折纸技巧、材料选择和造型设计进行研究,提出基于折纸艺术的文创产品设计框架,并以实际设计作品为例进行阐述;最后总结出折纸艺术与文创产品的融合创新设计具有广阔的发展前景和社会意义,以期为相关领域的研究者和设计师提供新的思路和方法,推动传统手工艺与现代文化的融合发展,促进文化创意产业的繁荣与创新。

基于折纸机构的无人机布放回收装置研究

针对机-艇协同中无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)自主布放回收问题,本文研究了一种基于折纸机构的无人机布放回收装置,并针对该装置中可展折叠降落平台,设计两种折纸方案,通过对其平面模型进行自由度计算、可动性分析及运动路径分析,验证了方案的可行性。同时,为避免发生碰撞,将折纸方案转化为三维模型,并调整节点、转动轴的布置及板件之间的偏移,从而完成可展折叠降落平台设计。

仿半立体几何折纸形态的针织物组织设计

为推动针织物组织结构与表面效果的创新,以半立体几何折纸形态为研究对象,通过分析半立体形态构成原理,运用平面化设计思维将其内部结构演绎为平面形态。借助德国STOLL公司的M1 Plus花型设计软件及CMS 502型电脑横机,实现了单面和双面仿半立体几何折纸形态织物。详细探讨了设备参数、纱线选择、组织结构设计和制版等编织工艺,同时评估了不同组织结构和纱线材质对织物表面效果的影响。研究结果表明,采用双面组织结构设计和具有高弹性、高硬度的纱线能更出色地塑造半立体几何折纸形态。此外,在设计中灵活运用织针排列、纱线材质和参数的变化,可形成不同几何折纸形态的针织物,为织物组织结构的创新设计提供了有益的参考。

“折纸”在小学美术手工课教学中的运用

本文探讨文化理解视域下,在小学美术手工课中如何运用好折纸这一教学内容。主要介绍折纸的历史、文化背景,分析折纸在培养学生审美情感、发展动手能力、促进文化交流等方面的作用,探讨折纸文化在小学美术手工课的教学设计、教学方法以及教学效果评价,旨在提高折纸在小学美术手工课教学质量,从而更好地发挥折纸的文化意义。

折纸结构软体机械臂的神经网络逆运动学建模控制策略

针对软体机器人逆运动学求解不精确导致运动控制精度差的问题,提出一种基于多层感知器(MLP)神经网络学习的折纸结构软体机械臂逆运动学求解方法,从而使得软体机械臂在无末端定位引导情况下的运动能够遵循期望路径。通过搭建实验平台,选取了固定点和随机点最佳混合比例的数据集进行训练,同时在工作曲面上进行轨迹验证实验。实验结果表明,通过MLP无模型方法对折纸结构软体机械臂建模,软体机械臂以4.28 mm的平均距离误差(和机械臂原长相比相对距离误差2.17%)追踪期望路径。

数学折纸实验的教学价值

在现实生活中,折纸不仅可以锻炼手指的灵活性,还可以培养智力.数学折纸实验是通过对不同形状的纸片进行一系列的折叠操作,从而形成不同的几何图形,进而探索几何图形性质的数学实验.在数学课堂中借助折纸实验开展教学,不仅有助于学生掌握必备的基础知识和基本技能,还可以培养学生的抽象思维和推理能力以及创新意识和实践能力,并促进学生在情感态度与价值观等方面的发展.