基于视觉的软体气动驱动器变形观测与仿真分析

软体气动驱动器常被用作为软体抓手,但在抓取质量较大的物体时常常因为反作用力产生变形而导致抓取失败。针对这一现象,文中提出一种基于视觉的软体气动驱动器变形观测方法。文中利用相机记录软体气动驱动器在不同气压下作用下的弯曲变形图片,使用视觉处理的方法提取出驱动器的变形曲线以便更准确地观测驱动器的变形。使用有限元仿真软件ABAQUS对驱动器在不同气压作用下的变形进行仿真分析并提取变形曲线。实验曲线和仿真曲线的相似度的对比结果表明,基于视觉提取驱动器变形曲线的方法可以更加准确地观测驱动器的变形。

气动驱动柔性臂自适应模糊振动控制

针对无杆气缸和压电片驱动器同时实现柔性机械臂定位和振动抑制系统,采用模糊控制算法、变论域自适应模糊控制算法和间接自适应模糊控制三种算法进行试验研究。介绍系统构成以及气动和控制回路,给出系统模型。分析三种控制算法,给出变论域自适应模糊控制算法输出论域的自适应律,即通过在线调节模糊控制器的输入和输出变量的论域来改善传统控制器的性能;采用参数可调的间接自适应模糊控制器在线逼近理想控制器,推导其参数自适应律。考虑气缸长行程和气体压缩性、非线性等因素,引起控制滞后和容易激励柔性臂的高频模态振动,采用带阻滤波、低通滤波和时延补偿算法。进行气动驱动和压电驱动器抑制柔性机械臂振动和定位试验研究。试验结果表明,采用的三种控制算法都可以实现定位控制的同时,抑制柔性机械臂振动;自适应模糊控制算法优于传统模糊控制算法。

气动驱动的移动柔性臂振动控制

针对移动柔性机械臂的振动抑制问题,提出了一种基于有杆气缸驱动的控制方案.该方案采用脉冲码调制方法控制气缸活塞杆的运动,从而抑制柔性臂的振动.文中构建了气动系统回路,推导了气动驱动控制柔性臂的系统模型,并基于控制算法的闭环方程分析了该方法在实现滑块定位的同时实现抑制振动的可行性.最后,建立了基于气动驱动的移动柔性臂实验系统,并进行了主动振动控制实验.结果表明,所提出的气动驱动控制方案可以有效地抑制柔性臂的低频模态振动,同时实现气动定位.

软体气动驱动器弯曲变形光纤传感与形状重构

为解决软体气动驱动器弯曲变形的柔性传感测量问题,提出将光纤光栅植入软体气体驱动器应变限制层进行曲率测量与形状重构的方法。建立了软体机构变形光纤传感重构算法模型,理论分析了光纤光栅光谱变化与应变限制层弯曲曲率的关系。搭建了基于光纤光栅特性的软体传感、解调及曲率标定装置,实验分析了不同曲率下光纤光栅反射光谱的特征,得出光纤光栅中心波长漂移量与弯曲变形曲率的关系,计算得出软体气动驱动器在不同弯曲状态下的曲率值,重构出软体气动驱动器的变形形状,验证了形状重构结果的正确性。实验结果表明:将光纤光栅植入软体气体驱动器应变限制层,利用光纤光栅反射光谱变化可实现软体驱动器的曲率测量与形状传感,3种弯曲状态下光纤光栅传感测量值与软体驱动器曲率标定值之间的最大误差为2.1%。该光纤传感方法在软体气动驱动器柔性传感与闭环控制方面具有广阔的应用前景。

气动驱动渐变厚度变曲率反射镜技术

在完善基于有限元分析的跨平台综合优化流程的基础上,获得了反射镜最优结构参数,并通过21阶Zernike多项式面形拟合得到球差是导致反射镜形变过程中面形精度退化的主导像差模式.根据有限元优化得到的最优结构参数研制了第二块气动驱动渐变厚度变曲率反射镜样片(口径135mm,中心厚度8mm,初始曲率半径2 807mm)并进行了曲率变化能力及面形精度保持试验研究.研制工艺的改进使本文所研制的变厚铝合金反射镜初始面形精度优于λ/80(632.8nm),当驱动气压达到约0.07 MPa时,反射镜中心形变量接近37μm并且去掉球差影响后的面形精度可以优于λ/40(632.8nm).与前期所研制的第一块样片相比,第二块样片的中心形变能力以及面形精度保持能力均显著提升.

气动驱动变厚变曲率反射镜技术

以环形线负载驱动模型为基础,分析了环形线负载驱动变曲率反射镜难以兼顾大中心形变与高精度面形保持的原因;从薄板弹性理论出发,得到了一种气动驱动变厚变曲率反射镜物理模型.理论分析表明,将反射镜的厚度分布从等厚改为变厚,并采用气压均匀驱动替代推力环环形驱动,反射镜不仅能产生大的中心形变,而且在形变过程中的面形精度也远高于环形线负载驱动变曲率反射镜的.基于超硬铝反射镜样片的试验验证了对变厚变曲率反射镜的理论分析;试验中,反射镜初始面形精度接近λ/50(632.8nm),施加0.032 MPa驱动气压产生约22μm中心形变时,反射镜面形精度依然优于λ/20(632.8nm),证明该气动驱动结合变厚设计这一技术具有较大的应用潜力.

气动驱动器种类及特点

气动驱动器作为一种新型的仿生驱动器,可直接驱动、具有较好的柔顺性、清洁、摩擦小、结构简单等优点得到了国内外学者的关注并成功应用到各种机器人上.本文主要介绍了气动驱动器的分类及特点并举例加以说明.

基于DNA遗传算法的气动驱动柔性梁振动控制

采用气动脉冲码调制(Pulse Code Modulation,PCM)方式,给出一种基于有杆气缸驱动进行压电柔性梁振动控制系统。考虑到系统的复杂性,采用DNA-GA进行参数自适应整定控制。首先,介绍气动系统和控制回路;利用系统模型进行了能控性和基于性能指标函数控制算法的稳定性分析。其次,阐述了DNA-GA进行控制参数优化的原理和方法,进行了数学仿真研究。最后,建立了试验装置,进行同时气动定位和振动控制试验研究。理论分析、仿真和试验研究结果表明,采用DNA-GA参数自适应整定控制算法可改善控制系统动态性能,有效抑制柔性梁的大幅值低频模态振动。

多向气动驱动器软体仿生舌弯曲状态的研究

以软体仿生舌为研究对象,针对多向驱动器的变形机理,开展了面向软体仿生舌的单/多向驱动器的弯曲特性研究。首先,设计了气动驱动软体仿生舌,其在单/多向驱动器的作用下可实现吐舌、翻舌、卷舌以及斜翻舌等动作;其次,为进一步研究驱动器的变形机理,开展了针对单/多向驱动器的结构及变形工作原理的研究;然后,基于Yeoh模型应变能密度函数,结合力平衡方程,建立了驱动压强和驱动器弯曲变形后曲率半径的非线性数学模型;最后,为验证理论模型的正确性,开展了软体仿生舌的仿真研究及相关实验验证,结果证明了理论模型的正确性。上述研究为其他基于气动驱动的软体结构变形机理的研究提供了理论基础。

基于单向气动驱动器的软体手变形机理

针对软体气动驱动器的变形机理,以气动驱动软体手为研究对象,开展了基于单向气动驱动器的软体手指弯曲和摆动机理的研究。设计了气动驱动软体手,其弯曲和摆动结构均由多个相互连通的气室和一个不可延伸层组成。当相邻气室因充气膨胀而相互挤压时,气室受到不可延伸层的约束,实现了弯曲和摆动变形。为进一步考察软体手的变形机理,对620#T超弹性硅橡胶材料的非线性力学特性进行了研究,测定了其材料常系数。基于Yeoh模型密度函数,结合空间力矩平衡方程,建立了驱动压强和曲率半径的理论模型,并开展了软体手指弯曲及摆动变形的仿真研究,结果证明了理论模型的正确性。研究结果可以为其他基于气动驱动的软体结构变形机理研究提供理论基础。

多腔式气动驱动器的逆向建模与制造

针对传统逆向工艺难以完成结构复杂及软材料工件成型的问题,提出了一种基于逆向技术与模具技术的工件快速成型方法。以软体材料制作的多腔式气动驱动器为例,采用激光扫描系统采集工件点云数据,利用Geomagic Design X软件对点云数据进行了预处理,根据曲面拟合方法重构了软体气动驱动器的三维模型;将过渡模型与重构的软体气动驱动器模型进行了布尔运算,并将运算结果进行了拆解处理;运用3D打印技术与封模技术制作出了浇注模具,完成了对多腔式气动驱动器的快速成型制造。研究结果表明:采用该快速成型方法,重建的三维模型的最大上偏差为0.0642,最大下偏差为0.1952,标准偏差为0.0637,满足了模型的精度需求;利用逆向技术与模具技术可以完成多腔式气动驱动器的快速制造;该方法可为复杂结构的软体材料工件的快速成型提供一种切实可行的思路。

汽车顶盖模具气动驱动成形技术的应用

将传统机械驱动成形和气动驱动成形从结构和工作上进行了分析和对比,结果表明:两种形式需要根据零件的特点和客户需求合理选择。当顶盖零件复杂,传统驱动空间受限无法满足设计要求时,采用气动驱动不仅能够满足使用,而且能减少冲压工序,从而解决压机生产线不足的制约。采用合理的气动驱动形式不仅能够缩短生产周期、提高生产效率,而且符合低碳环保汽车发展规划。

GDX2铝箔纸剔除机构气动驱动装置的设计应用

GDX2铝箔纸剔除机构由电磁铁驱动,电磁铁存在着密封不严和推力不稳定的缺陷,导致铝箔纸剔除机构经常发生故障,引起铝箔纸堵塞停机故障和铝箔纸歪斜、破损质量缺陷。为此设计了一套气动驱动装置,该装置具有密封良好、推力大等优点,能完全代替电磁铁驱动剔除机构执行铝箔纸剔除功能,并能长期稳定运行。改后解决了铝箔纸剔除机构故障,提高了设备有效作业率,减少了铝箔纸歪斜、破损等质量隐患,保证了产品质量。

气动驱动的ABS装置

“Soft Stop”制动控制系统可以使气动驱动器无论在直线式旋转运动,在不使用缓冲器的情况下,使被运送的物体可以在几乎没有震动或抖动的情况下平稳快停。本文对该系统的工作原理、操作方法、适用范围及特性做了较详细的描述。

电气、液压或气动驱动的选择

用电动驱动，电能被转化成机械动能。在电动马达中，磁场在转子和定子中相互作用；当它们试着将自己与对方相互对齐产生了转矩，创造了运动。电动驱动的“精确的手”和马达是非常适合提供高速和精确性的理想选择。在直流电机中，直流线圈或永久磁铁在定子中产生一个固定磁场。为了提供最大的扭矩，线圈卷绕茌转子上并连接在一起，这样转子磁场是垂直于定子磁场的。直流电机的速度和功率可以非常有效地被控制，但在这类马达中需要切换电流的碳刷会受到磨损和撕裂。

蛇形仿生机械管状橡胶气囊气动驱动方法

本文研究了一种蛇形仿生机械管状橡胶气囊气动驱动装置及工作方法,装置包括若干节圆形骨架沿着蛇身长度方向等距离排列,每两个圆形骨架之间用四个管状橡胶气囊连接,每个管状橡胶气囊与充气管道连接,充气管道设置在圆形骨架中心的圆孔中,并且与气源系统连接,通过气源系统控制充气管道及管状橡胶气囊与气泵的通与断。管状橡胶气囊处于通气状态时在压力空气的作用下伸长变形,断开时处于放气状态,管状橡胶气囊收缩回原来长度,通过管状橡胶气囊的伸长和收缩带动圆形骨架移动,驱动蛇形仿生机械进行各种运动。

基于改进三元模型的波纹管型气动软体驱动器神经网络滑模控制

针对一款波纹管型气动软体驱动器,提出了一种基于改进三元模型的滑模控制方法,并使用RBF神经网络补偿扰动以实现该型驱动器在竖直方向上对期望轨迹的跟踪控制。首先搭建波纹管型气动软体驱动器实验平台,测试并分析该驱动器的动态特性,基于上述动态特性提出波纹管型气动软体驱动器的改进三元模型;然后利用采集到的实验数据,基于最小二乘算法对其进行参数辨识,从而获得所提模型的参数;进而结合改进三元模型设计滑模控制器,使用RBF神经网络对集总扰动进行补偿,并利用Lyapunov方法分析系统的稳定性;最后通过一系列实验验证了所提方法的有效性。

气动软体驱动器的活塞式驱动特性

为解决气动软体驱动器的气源问题,利用活塞式驱动方法实现软体驱动器的压力与变形控制。根据气动软体驱动器的基本力学特性,给出气动软体驱动器的线性化模型,建立了活塞式驱动软体驱动器的静力学模型及拮抗式驱动系统的活塞驱动模型。对活塞式驱动的伸长型和弯曲型软体驱动器进行了测试,活塞位移和软体驱动器的变形之间近似呈线性关系,与理论相符合。活塞式驱动方法简化了软体驱动器的能源部分,为流体驱动软体机器人研究提供了具有应用潜力的能源控制解决方案。

高伸缩比气动软体驱动器刚度特性研究

对一款由乳胶气囊、纤维布等材料组成的高伸缩比气动软体驱动器的刚度特性展开研究。根据软体驱动器的结构特点,采用理论与实验相结合的方法,改进软体驱动器的静态输出力模型,建立软体驱动器的静态刚度模型;并结合气体多变方程,建立软体驱动器的动态刚度模型,动态刚度为静态刚度与气压刚度之和;搭建软体驱动器静态刚度实验平台并对其静态刚度进行实验研究。结果表明:软体驱动器的静态刚度随膨胀高度的增大而减小,具有良好的线性关系和较小的相对误差,当供气压力为70 kPa时,软体驱动器静态刚度可达15 kN/m左右。对气压刚度进行仿真分析,结果表明:气压刚度主要受膨胀高度、供气压力以及激励位移的影响,当软体驱动器膨胀高度为30 mm、供气压力为10 kPa、激励位移为5 mm时,气压刚度仅为静态刚度的1/6左右。

SMA丝辅助气动变刚度驱动器仿真与实验

为解决软体驱动器负载能力差、刚度不可变的问题,文中设计了一种嵌入SMA丝的气动变刚度驱动器。首先,通过分析驱动器弯曲时的力矩平衡方程,建立驱动器弯曲理论模型和刚度理论模型。其次,通过数学模型和Abaqus有限元仿真分析气腔长度、气腔厚度和限制层壁厚3个参数对弯曲性能的影响,得到在规定范围内弯曲性能最佳的最优尺寸组合。然后,通过有限元仿真与实验,验证了限制层嵌入SMA丝提高了气动软体驱动器的刚度。最后,对比理论模型、有限元仿真结果与样机实验的数据。仿真结果与实验结果表明,上述3个分析参数对弯曲影响的趋势保持一致,以及嵌入SMA丝几乎不影响驱动器的弯曲性能,同时能够有效地提高气动软体驱动器的刚度。