多自由度可穿戴体感机械手控制系统设计

考虑到目前医学上假肢用的机械手和工业方面的机械手缺乏且价格昂贵,为此本文设计并制作一个仿生手掌机器人,通过控制机器人动作,来达到不同的目的。多自由度仿生手掌穿戴体感机器人控制系统以Arduino为核心芯片,包括控制模块,电源模块,机驱动模块,为机器人实现最终的动作要求提供硬件辅助。软件部分:基于Mixly实现单片机的仿生手掌机器人的源程序编程,用Mixly实现控制系统源程序的下载并与仿生手掌机器人连接。可通过上位机对机器人的动作控制,通过仿生手掌机器人的实际对接效果作出相应的改进,体现了系统操作的简单方便、具有高性价比,可用于一定的实际应用推广价值。

一种基于ARM的仿生偏振光测试系统的研究

针对研制仿生导航微纳传感器的需要,设计了一种以光电二极管为光电转换元件、以ARM微处理器为控制核心的仿生偏振光测试系统.分析了仿生偏振光测试的原理,并对测试系统的硬件设计及基于实时操作系统uC/OS-II的软件开发进行了详细的阐述.该测试系统成功实现了对特定波段(370nm-520nm)的偏振光信号的采集,并利用三路信号进行了定位角度的计算.

复合空气悬架导向臂仿竹子结构设计及多目标优化

针对复合空气悬架导向臂的轻量化问题,受启发于竹子的截面形状、变截面、竹节等结构特征,运用结构仿生的方法设计了仿生导向臂。运用参数敏感性分析方法探明了影响仿生导向臂性能的关键参数,选取对导向臂性能影响较大的肋板和内孔截面参数为设计变量,导向臂总质量与最大变形最小为优化目标开展多目标优化研究,结合熵权TOPSIS-灰色关联分析的多目标决策法确定了Pareto解集中的最优参数方案。结果表明:多目标优化后的仿生导向臂较之原型导向臂在质量减小17.44%的前提下,最大变形降低9.24%、等效应力下降17.33%、一阶预应力约束模态频率上升22.92%,证明了结构仿生设计方法在导向臂轻量化设计上的可行性,为导向臂的结构轻量化设计提供理论依据。

仿生偏振光传感器设计与性能测试

偏振信息的有效获取是实现偏振光导航的重要前提。仿照沙蚁复眼的偏振敏感视觉神经结构设计了一款三通道式仿生偏振光传感器,该传感器以ARM微处理器为处理核心,每个天空偏振光感知通道包含两个覆盖极化方向垂直偏振片的光电二极管与对数放大器,设计的偏振光传感器具有结构紧凑、实时性好且成本较低的优点,并设计了传感器稳定性与采集精度检测方案。试验结果表明,该传感器检测到的偏振角误差在±3.9°之内,平均误差为1.53°。该仿生偏振光传感器能实现偏振信息的有效检测、实时采集与存储,且具备稳定的采集能力,并在最后分析了传感器的误差产生原因及下一步的改进措施。

基于Cosserat力学理论的仿生机械臂建模

针对软体动物运动不确定性导致建模难度大的问题,基于Cosserat力学理论构建章鱼仿生机械臂运动学方程和动力学方程,分别采用数值法和Newton-Euler迭代法对方程进行求解,得到仿生机械臂的运动轨迹;搭建章鱼仿生机械臂实验平台进行验证。结果表明:章鱼仿生臂末端的运动误差与理论误差坐标相差7.2 mm,位移误差和速度误差逐步趋近于0。验证了模型及求解方法的可行性,为解决软体机械臂建模的不确定性提供新的参考。

仿象鼻绳驱连续型机械臂结构设计及运动学分析

机械臂在水下探测与资源开发中起着至关重要的作用,针对传统刚性机械臂体积大和复杂狭窄环境通过能力差的问题,设计了一种仿象鼻连续型机械臂。基于坐标变换法构建了机械臂的运动学模型,完成正逆运动学求解,对机械臂单关节、多关节进行仿真分析,结果表明机械臂具有较高的柔顺性及灵活性。

七自由度仿人手臂双臂一体机器人协调运动学研究

双臂避碰、单臂内回避奇异及关节极限是仿人手臂双臂协调主作业实现的首要条件． 由于双臂协调和单臂运动是相关且并行的，所以，提出用对单臂运动学逆解进行修正的方法来得到双臂协调运动学逆解． 通过对双臂上任意臂杆避碰的分析，提出了相碰检验条件及避碰附加作业模型，并利用冗余自由度和Ｊａｃｏｂｉａｎ 矩阵的零空间分解得到了双臂避碰附加作业逆解，最后用此逆解修正单臂运动． 本方法对空间机器人双臂手、ｎＤ．Ｏ．Ｆ臂双臂协调运动学研究具有普遍的理论意义和实用价值．

基于仿生学的上肢机构研究

本文根据人体上肢的结构原理，提出一种上肢仿生机构，并对其进行了优化设计，运动分析和相应的动力学方程推导，为仿生手的设计提供了理论依据．

基于虚拟样机技术的机器人机构研究

分析了目前仿人机器人研究中存在的问题,提出一种新颖的5自由度手臂机器人方案。该机器人仿人手臂采用模块化设计、电气部分完全内部安装、尽可能减轻机器人负载的设计原则,已经成功应用于自主研制的娱乐机器人中。

基于任务需求的仿生手臂在线协调控制技术

针对仿生手臂在目标任务需求改变后对规划平稳动态过程的需求,提出了实时检测动态参数并将其反馈至前向控制环节进行在线协调控制的算法。该算法以基于Kane方程的仿生手臂动力学模型为基础,能够实现动力学参数值快速在线调控,判断仿生手臂目标检测点的动态参数偏差,并据此调节仿生手臂各部分姿态参数,使其能按离线动作规划平稳准确地完成目标任务。采用Matlab的Simulink控制工具箱进行仿真,测评了仿生手臂基于不同目标任务运动过程的生物效能性。实验数据表明,该算法改善了仿生手臂的生物效能性。

一种形状记忆合金丝驱动的微小型六足机器人

为解决有限空间中形状记忆合金 ( SMA)丝驱动的转动关节臂输出角位移不足的问题 ,提出两种方法 :1减小关节的回转半径 ,用富余的输出力补偿输出角位移的不足 ;2在三维可用空间中布置 SMA丝 ,增大 SMA丝的长度 .开发了一种 SMA丝驱动的六足步行机器人 ,机器人的肢体布局和结构符合仿生学原理 ,轮廓尺寸为 2 5mm× 2 5mm× 2 5mm.并介绍了一种实现该机器人静步态行走的控制策略 .

仿生机器蟹样机研究

文中介绍的仿生机器蟹具有8足,24个自由度,基于ARM的双层分布式递阶控制方式,通过多传感器获取环境信息,调节身体的姿态,目标是可以自主地在海滩、礁石区和崎岖不平的环境行走.文中介绍了仿生机器蟹原理试验样机研制的过程和主要研究方法,主要包括生物原形分析、模型的建立、运动学分析、步态问题、机械结构设计、控制系统设计和原理样机的试验等内容.在单步行足的控制实验的基础上,进行了原理样机的整机行走实验研究.仿生机器蟹能够实现前进、后退、横行、转弯等功能,并具有一定的越障能力.进行仿生机器蟹的研究,目地是建立多足步行机器人的研究平台.

形状记忆合金丝驱动的仿生转动关节臂

提出了动物关节臂的力学模型，讨论了形状记忆合金（ＳＭＡ）和动物骨骼肌生物力学行为的相似性和力学性能的差异．基于仿生学的原理，研究了用ＳＭＡ丝驱动仿生转动关节的技术．研制了能实现ＳＭＡ感知功能的控制电路和ＳＭＡ丝驱动的仿生转动关节驱动器，并用该关节驱动器开发了一个两自由度的微型关节臂，该微型关节臂可用于微型步行机器人和人工假肢．

一种嵌入式仿生测角传感器的设计与实现

模仿沙漠蚂蚁复眼的偏振敏感导航定位机理,设计了一种以光电二极管为光电转换元件、以ARM微处理器为控制处理核心的航向角度测量传感器。分析了仿生测角传感器的工作原理,设计了传感器的硬件结构与软件程序,构建了传感器原理样机。利用精密转台进行角度输出实验,结果表明:该传感器性能稳定,精度较高,能满足实际导航需求。

外骨骼机械手臂的运动分析及伺服控制

用三维软件UG对外骨骼机械手臂的结构进行设计,根据外骨骼机械手臂结构进行力学分析以及稳定性研究,研制一套可穿戴的外骨骼机械手臂,可实现手臂的负重和残疾人手臂的康复训练;建立机械手臂的物理模型;研究平衡阀和伺服换向阀的工作稳定特性。对手臂控制的稳定性做一定分析。研究结果表明,设计的外骨骼机械手臂满足设计要求。

新型仿生机械臂肩关节运动学仿真分析

基于仿生学,人体解剖学等基础知识,参照人体肩关节基本运动机理,合理分配自由度及确定各关节运动范围,根据不同关节运动特点选取相应驱动,设计新型肩关节结构.并进行运动学计算,以确定其关节与末端位置相互关系.通过运动学仿真验证运动学理论计算正确,并确定其工作空间及运动轨迹.说明机械臂肩关节结构及尺寸参数设计合理,并为后续动力学分析和控制提供良好基础.

基于Arduino的智能勘探车的设计

文章详细介绍了智能小车系统的设计与实现。采用多种传感技术设计了复杂条件下的环境探测与搜救机器人;采用红外技术实现小车自动避障功能;采用超声波技术实现测距的功能;使用蓝牙传感器实现无线遥控小车与上位机通信的功能;采用GPS技术对小车地理位置进行定位并在上位机显示,智能勘探车同时可以实现控制机械手臂清除障碍物的功能。

基于仿生学原理多自由度柔性臂及其控制的研究

基于仿生学原理研究设计了一种新型的气动驱动多自由度柔性臂,通过研究构建了其动力学模型和控制系统模型,为该装置的实际应用奠定了理论基础。

基于串联弹性驱动器的柔顺机械臂设计与仿真

基于串联弹性驱动器(SEA)提出了一种三自由度柔顺机械臂的设计方案,用来模拟人手臂的运动,提高其对环境的适应力,实现良好的柔顺性。利用三维造型软件Inventor建立了三自由度柔顺机械臂的三维模型;针对柔顺机械臂关节提出了一种具有拮抗形式的弹性驱动方法,采用主动驱动弹簧和被动约束弹簧构成柔性张拉弹簧组合,以模拟肌肉-肌腱组织的收缩运动;通过动力学仿真软件Adams进行了驱动仿真分析和静动态冲击实验,结果表明在受到冲击时,柔性关节可以产生较大的柔性转角并快速衰减到稳定的运动状态,证明了该机械臂可以有效减小冲击,具有良好的柔顺性。

新型四臂扶持式康复机器人设计

针对现有康复机器人以健康者为分析模型,灵活度受到限制,脑卒中患者步态康复效果受限的问题,利用医工结合分析治疗师手臂生理结构,模仿治疗师康复手法,建立治疗师手臂模型,创新设计四臂机器人,测量人体髋部运动空间范围,利用运动学仿真得到机器人运动空间范围.结果表明:设计的四臂康复机器人运动空间远远大于人体髋部运动空间,验证了机构的合理性,实现了治疗师手法步态训练模拟,为后续治疗师手法再现模拟提供了基础.