形状记忆合金驱动的仿人腕关节机构理论与运动控制

为提高仿人腕关节的运动性能,设计了一款形状记忆合金驱动的仿人腕关节样机,采用拮抗驱动方式实现对仿人腕关节的位置控制,并在相关理论和仿真分析的基础上,通过实验证明该系统模型具有一定的精度。通过样机运动控制实验,研究了拮抗驱动方式对系统运动性能的影响。结果表明,在拮抗驱动方式的不同频率信号跟踪实验中,对于单向正弦信号,跟踪误差最小为[−0.5°,1°],最大为[−1.5°,1.5°];对于双向正弦信号,腕关节能实现双向连续偏转,且当信号频率为1/15 Hz时,位置误差均小于[−1.5°,1.5°]。相比于采用单根形状记忆合金丝驱动,拮抗驱动方式有利于提升位置控制精度和双向偏转能力。

绳驱动仿人机器人下肢设计与仿真分析

仿照人体骨骼肌驱动,提出一种基于绳索驱动的新型拮抗驱动方式,采用一对电机带动绳索的方式对关节进行冗余驱动;基于绳索驱动方式完成仿人机器人下肢结构的设计;在给定的机器人运动轨迹下得出绳长的变化规律;利用逆动力学分析求解出机器人的关节力矩,采用优化方法求解出驱动关节两侧绳索的最优驱动力;最后利用ADAMS软件对绳索驱动机器人下肢进行动力学仿真,仿真结果验证了绳索长度驱动的可行性以及拉力计算的正确性。对于仿人机器人以及康复机器人的设计具有一定的借鉴意义。

气/液相变驱动小型气动肌肉执行器实验

气动肌肉执行器重量轻、柔性好,被广泛应用于工业与研究领域。然而,用于驱动该执行器的气动设备使系统的尺寸过于庞大,为解决此问题,提出利用氟碳化合物气/液相变时膨胀做功来驱动气动肌肉执行器,选用金属陶瓷加热器加热氟碳化合物,使用PI控制器控制执行器的内部压力,制作拮抗驱动装置改善执行器作用力的动态特性。结果表明:气/液相变气动肌肉执行器内部产生的压力可以较好地跟踪参考输入信号;与空气驱动方式相比,采用气/液相变驱动时执行器的收缩率呈等值减小趋势;拮抗驱动装置能够改善气/液相变气动肌肉执行器作用力消失过程中的动力学特性。

刚柔结合的充电机械臂设计

针对大型运输设备上的电池充电补给任务,设计了一款刚柔结合充电机械臂。针对机械臂的柔性部分和刚性部分分别分析了关节、任务、驱动空间之间的运动映射关系,给出了两级柔性臂的解耦运动学算法,使用蒙特卡洛方法求解了机械臂的工作空间,验证了机械臂设计的合理性,并用Adams软件进行动力学仿真分析,校核了设备选型的安全性。