套索传动特性建模分析

绳索的柔性与套索接触面间摩擦力使套索传动呈非线性,为实现套索精密传动,建立空间任意曲线状套索力和位移传动特性的静态模型和动态模型。结合LuGre动态摩擦模型进行动态模型仿真分析,搭建套索传动特性研究试验台,试验结果与静态模型分析及动态模型仿真结果吻合。结果表明:套索力和位移输入输出关系中的死区、迟滞、方向依赖性等非线性特性与套索接触面间摩擦因数、套索曲线全曲率及绳索等效弹性系数有关,与曲线挠率、全曲率半径、传动速度无关。针对套索传动特性的研究,对狭小空间作业套索驱动机器人末端执行器力位协调控制及精确抓取物体具有重要指导意义。

表征被动双足行走的二维无边轮辐的动力学及稳定性分析

为验证具有被动行走特征的二维无边轮辐稳定极限环的存在,使静止于斜坡上的无边轮辐以不同的初始运动条件开始运动,对其进行运动学及动力学分析,建立表征被动双足行走理论的无边轮辐模型的无碰撞阶段运动方程及碰撞瞬间切换方程.利用庞加莱映射理论进行斜坡上滚动的无边轮辐运动稳定性分析,结果表明,不动点与极限环为轮辐运动稳定性的表征参数,且不动点与极限环的存在与轮辐的辐条数目、惯性矩参数、运动初始条件和斜坡角度有关.利用M ATLAB软件对不动点与极限环的存在进行仿真分析,验证了在一定的斜坡角度和初始运动条件下无边轮辐可实现稳定持续的下坡滚动.基于无边轮辐模型可建立斜坡上行走的无驱动被动双足行走模型,将下坡时由重力提供的驱动力等同于主动驱动力施加到平面上行走的无驱动被动双足行走模型,可以减少驱动能量损耗及简化行走控制理论.

舵轮气吸式双入土器精密穴播施肥器的设计

针对精量播种的发展需求,设计开发了舵轮气吸式双入土器精密穴播施肥器。鉴于原有舵轮式穴播器机构的复杂性,应用新的鸭嘴开启机构,简单、有效地实现了入土成穴;进行了舵轮穴播技术与气吸排种原理的一体化研究和结构参数的设计,将气吸排种器内置于舵轮穴播器内,实现气吸排种和成穴点播技术的结合,并通过设计吸种孔的尺寸和大小,实现了一穴两粒精播玉米;借助双入土器结构和外槽轮式排肥器,一次性完成播种和施肥作业,实现了侧深施肥。

套索驱动细长机器人的初步设计与试验

为了解决在地震后废墟内部搜救幸存者的问题,设计了一种细长柔软机器人。机器人采用了套索传动的方式,使机器人操作部分的尺寸和重量相对于其他搜救机器人大大减小。机器人由头部可操作部分和细长柔软身体组成,可运动的操作部分采用模块化的设计,可根据实际需要改变关节的数量。实验结果表明,机器人能初步完成搜救任务。

套索驱动空心杆机器人结构设计

介绍了套索传动特性,确定了套索驱动空心杆机器人传动系统。根据不同使用场合和不同需要确定了两套结构方案,并用SolidWorks三维绘图软件分别进行结构设计建模。该机器人连续细长、结构简单轻便,可用于灾后废墟中的搜救、大型结构和设备检测检修等需要在狭小空间内作业的场合。

外骨骼机器人的非结构地面行走步态分类算法

针对人体运动随机性和非结构地面等因素造成在不同类型地面上足底力(GRF)差异大的情况,研发了一套配有鞋底压力传感器、用于实时检测足底力变化的实验靴,提出了基于PSO-SVM(基于粒子群优化算法的支持向量机)的步态分类方法.根据足底受力云图,该实验靴中冗余布置了7枚压力传感器.对人行走在步行机(5 km/h)、水平硬路面和野外草地上的足底力进行了采集和处理.将基本组的足底力作为训练集,预设对应的标签值.基于这些训练集,构建了普通的分类器I和基于粒子群优化算法的支持向量分类器II,并分别利用它们对水平硬路面和野外草地行走的数据进行分类检验.实验结果表明,与普通的分类器I相比,该优化算法不仅对复杂地面上的行走步态分类具有明显的优势,对水平硬路面和野外草地的行走步态识别正确率分别提升了32.9%和42.8%,而且能在某些鞋底传感器发生故障后保持较快的寻优速度和较好的鲁棒性.