宏—微操作结合的自动微装配系统

介绍了一类具有宏—微尺度结合特点的操作对象,对该类型操作对象的操作任务进行了分析。开发了用于PMMA微流控芯片批量化生产的微对准自动装配系统,该系统采用基于显微视觉图像分析的分视场对准机理。系统的主要硬件构成包括机械本体、视觉单元、4-DOF精密定位单元和全自动气动辅助单元。介绍了系统的控制结构。提出针对标记图像的对准精度测量方法,通过实验得到系统的对准精度为2.9μm。该系统可以高效、可靠地完成PMMA微流控芯片的微对准装配。

双平行四杆型远程运动中心机构的设计

双平行四杆型远程运动中心机构作为腕部结构广泛应用于微创手术辅助机器人中,可为手术工具提供一个相对固定的插入点。基于这个特点,通过型综合给出这类远程运动中心机构的10种可能构型。通过杆件的弯折可以合理地安排虚拟转动中心的位置,并为末端执行器和驱动电动机留出安装的空间。根据设计需求,使用6个参数完全确定机构连杆长度尺寸,并说明了这些参数的物理意义。分析受力和结构刚度用来决定杆件断面参数,使设计的机构体积小,重量轻。对整个机构进行驱动力矩估算以便选择合适的电动机,并指出对于一个双平行四杆型远程运动中心机构,可以使用一个配重使其平衡。最后给出应用实例说明了该机构的可行性和有效性。

扑翼式微型飞行器的升力测量与分析

昆虫通过高频扇翅可以产生很大的升力,相关的非定常空气动力学机理及理论逐渐被人们所认识。基于昆虫的仿生学设计了单个翅膀的扑翼机构,并利用自行设计的测力平台实现了对升力的测量。通过分析测力系统的动态特性及受激励后的响应,得到扑翼产生的周期升力。通过将试验数据与经验公式计算的结果进行比较,得到了升力与扑翼参数的关系,为进一步设计扑翼式微型飞行器提供了依据。

一种新型柔性直线导向机构及其运动精度分析

分析了Roberts柔性机构的伪刚体模型,说明对应某一行程,轨迹点P的位置存在最优解使其运动直线度最高,给出了一种直线度等值线图方法来确定最优解的大概位置,最后借助有限元方法做进一步的优化。由于单个Roberts机构只能提供点的直线运动,所以将两个Roberts机构并联得到一个柔性导向机构。对这种柔性导向机构进行了设计加工、仿真以及实验,结果表明,这类柔性导向机构经过优化后,在毫米级行程时垂直运动方向上的偏移<1μm,基本满足大行程、高精度柔性直线导向机构的要求。

直角切口柔性铰链平行四杆机构的屈曲分析

介绍了研究柔性铰链机构屈曲特性的重要意义。利用材料力学弯曲变形理论的挠曲线近似微分方程建立了计算直角切口柔性铰链平行四杆机构屈曲临界力的数学模型。在简单可靠的实验装置上测试了实际样件的屈曲临界力,并利用商用有限元软件ANSYS8.0对相应的四杆机构模型进行了非线性屈曲分析。最终结果表明:理论值、实验值以及仿真值都十分接近,但仍存在一定的误差,通过原因分析,证实了存在这种误差的合理性,从而验证了所建数学模型具有较高的参考价值,可以作为柔性铰链平行四杆机构屈曲优化设计的指导理论。

直角切口柔性铰链串联支链的屈曲分析

利用材料力学弯曲变形理论的挠曲线近似微分方程,建立计算直角切口柔性铰链串联支链屈曲临界力的数学模型,在建模过程中定义平均屈曲临界挠度系数并给出其确定方法。采用商用有限元软件ANSYS8.0对大量不同参数的串联支链模型进行有限元屈曲分析,分析结果与根据数学模型计算得到的屈曲临界力十分接近,说明了所建数学模型的正确性。研制测试柔性铰链串联支链屈曲临界力的专用试验装置,针对加载载荷尺寸对柔性支链屈曲的影响,提出载荷等效长度的概念。试验结果表明:屈曲临界力的试验值与理论计算值相吻合,从而验证所建数学模型具有较高的参考价值,可以作为柔性铰链串联支链屈曲优化设计的指导理论。

关于21世纪初我国仿生机械与仿生制造的若干思考

讨论世纪之交仿生机械及仿生制造的特点和走势 ,列举我国在此领域已经取得的成果 ,提出我国在该领域应优先发展的研究方向 ,论述这些重点研究方向对国民经济的科学价值及其应用前景。

一种鲁棒的室外移动机器人定位方法

以Pioneer3-AT型室外轮式移动机器人为平台,采用码盘、陀螺仪、电子罗盘和GPS对机器人进行定位,设计了一种新型的联合卡尔曼滤波器,以逐级滤波的方式融合多传感器信息.首先将里程计和陀螺仪相融合,然后将融合后的定位信息与电子罗盘相融合,最后与载波相位差分GPS(RTK-GPS)相融合.该滤波器可以补偿传感器的累积误差,消除输出波动,实现机器人较高精度的定位.城市环境下RTK-GPS经常因为建筑物的遮挡而失去差分状态,定位精度不稳定,滤波器根据RTK-GPS定位精度的不同状态,选取不同的系统量测噪声协方差矩阵,使算法可以自动适应RTK-GPS传感器定位精度的变化,因此定位方法具有鲁棒性.实验结果表明,机器人可以稳定地实现0.4m的定位精度.

日本拟人型两足步行机器人研发状况及我见

本文概括地介绍了日本拟人型两足步行机器人的研发状况 ,五个主要研发小组的成果和特点 ,简述了步行机器人研究涉及的八项关键技术 .指出智能机器人玩具市场是服务机器人的一个值得大力开拓的方向 .

机器人终端挠度的算法

结合一个工业机器人实例,提出了终端刚度矩阵的算法,讨论了传动系统刚度配置对终端挠度的影响。

基于激光扫描的移动机器人实时轨迹测量系统

设计了一种移动机器人实时轨迹测量系统,主要包括激光扫描仪、数据采集计算机、无线通讯网络和数据处理显示软件4个部分。测量系统采用两台激光扫描仪从不同高度测量机器人身上安装的标志杆的位置,将测量数据经过位置识别和坐标系对准后,传输到一台计算机上进行融合,采用卡尔曼滤波器消除测量随机误差,绘制出机器人的运动轨迹。实验结果表明,测量系统可以在较大的测量范围内实现厘米级测量精度和目标分辨率的轨迹测量,为移动机器人的设计开发和导航控制等研究领域提供了良好的实验测试平台。

微型机器和微型机器人的研究与发展

本文综述了微型机器和微型机器人的概念、研究动态和当前的研究课题.

利用变结构系统理论实现人工肌肉的夹持力控制

本文推导了人工肌肉系统的数学模型.探讨了用变结构系统理论实现人工肌肉的夹持力的控制方法,给出了仿真和实验结果.人工肌肉既可以输出力(力矩),又可以调节刚性,是一种在柔顺运动控制中很有应用前途的新型作动器.

机器人手端刚度控制方法的研究

本文介绍了直接柔顺控制的概念,给出了平面柔顺机构的关节刚度与手端刚度的关系式,讨论了关节刚度可为负值的情况下,机构的稳定性以及机构奇异位形对各关节刚度的影响.

人工肌肉夹持力的变结构控制

本文推导了一种气动人工肌肉系统的数学模型。探讨了用变结构系统理论实现人工肌肉夹持力控制的方法。给出了仿真和实验结果。人工肌肉既可以输出力(力矩),又可以调节刚性,是一种在柔顺运动控制中很有应用前途的新型作动器。

机器人技术开拓未来——2005年国际机器人展(日本)巡礼

本文介绍了国外机器人的研究概况和发展趋势,就国外的发展对中国的启示提出看法。

中国机器人热的反思与前瞻(二)——我国机器人产业前瞻

机器人正走进人类生活,成为新时代的“宠儿”,以机器人技术为代表的智能产业蓬勃兴起,成为现时代科技创新的一个重要标志,各国企业纷纷涉入机器人领域大力发展机器人产业,引发机器人产业“大跃进”式狂热。在这种热潮背后,我国机器人产业如何健康、长远的发展,本刊特别约请机器人领域著名学者宗光华教授撰写了“中国机器人热的反思与前瞻”系列文章。宗教授高屋建瓴,提出了自己的观点和建议,以期对行业有启迪与警示。本刊分两部分进行报道。上期为第一部分,主要介绍了我国工业机器人产业近况;本期是第二部分,主要对我国机器人产业进行前瞻判断,宗教授从工业机器人产业成长模式、产业投资思考、理智认识无人工厂、机器人产业是否有中国芯之虞四方面,对我国工业机器人产业市场进行了预判和分析,并就“机器人产业投资机会方兴未艾”展开详细论述。

中国机器人热的反思与前瞻(一)——我国工业机器人产业近况评估

机器人正走进人类生活,成为新时代的“宠儿”,以机器人技术为代表的智能产业蓬勃兴起,成为现时代科技创新的一个重要标志,各国各企业纷纷涉入机器人领域大力发展机器人产业,引发机器人产业“大跃进”式狂热。在这种热潮背后,我国机器人产业如何健康、长远的发展,本刊特别约请机器人领域著名学者宗光华教授撰写了“中国机器人热的反思与前瞻”系列文章。宗教授高屋建瓴,提出了自己的观点和建议,以期对行业有启迪与警示。本刊分两部分进行报道。第一部分介绍我国工业机器人产业近况,从机器人密度、市场规模、产业体系三方面,宗教授对我国工业机器人产业市场进行了阐述和分析预测,并就“我国能否如期形成较为完善的工业机器人产业体系”展开详细论述。第二部分是我国机器人产业前瞻,本期为第一部分。

非对称交变应力下疲劳强度条件的探讨

对当前广泛应用于机械设计的非对称循环下构件的疲劳强度条件进行分析，求导合理的疲劳强度条件．由材料力学可知，在简化的构件持久极限图上，同一循环特征下，构件的工作安全系数是由同一射线上的两点得到的．但由于构件的综合影响系数只对应力幅值（纵坐标）有影响，因此材料的持久极限与构件的持久极限一般不会落在同一射线上．由此可知，当前通用的非对称交变应力的疲劳强度条件是不正确的．通过对构件持久极限图的分析，进行了推导，得出了构件工作安全系数的正确表达式，并分析了两者之间的误差．结论指出，按原有的疲劳强度条件进行设计有时会造成较大的浪费．