网格结构Pneu-Net软体驱动器内部压力分析与应用

从流体力学的角度来对驱动器内部气压分布进行分析,利用长波近似的方法将气动网格软体驱动器简化成弹性直管道,推导出驱动器内部流体流动控制方程,得到驱动器内部气压、轴向位置与时间之间的关系,并通过实验验证了控制方程的准确性。根据管径越小流阻越大的特性,设计了一种气道半径渐变的三关节仿生手指,实现三关节仿生手指在单气源输入下的依次顺序弯曲,简化了气压驱动的控制方式。

一种新型仿生机械手控制及实验研究

阐述针对欠驱动仿生机械手操控不灵活、结构复杂、体积大的问题,设计一种新型全驱动仿生机械手。通过对手指关节的分析,制作出试验样机。通过STM32单片机对试验样机进行控制,并搭建试验平台进行实验验证。结果表明,抓取物体的范围为5~220mm,抓取对象的重量在0.5~1.5kg之内。

一种柔性仿生手指创新设计与运动分析

针对现有的柔性手指运动精度低、抓取可靠性差、承载能力小等缺点,设计一种新型柔性仿生手指。根据柔性仿生手指的结构,构建柔性仿生手指的等效机构,分析了该手指机构的结构特点和自由度。结合等效机构各构件之间的运动关系推导了手指参考点位置、速度、加速度方程式。利用Solidworks软件对柔性仿生手指运动学方程进行了验证。分析了柔性仿生手指的工作空间和运动特性,为柔性仿生手指的应用和推广奠定了理论基础。

灵巧手研究现状及挑战

灵巧手作为仿生学与机器人学结合的产物,具有人手的一些外形特征和功能。灵巧手是第4代机器人,通过模拟人类运动、感知、控制、能量、材料方面的仿生,实现模拟人手运动。通过分析国内外在灵巧手方面取得的成果,可以得知灵巧手的发展经历了早期阶段、初期阶段、中期阶段和跨世纪阶段4个阶段,灵巧手正在日益朝着具有柔顺灵巧的操作功能,具有力觉、触觉、视觉等智能化方向发展。探讨了灵巧手在未来发展中将要面临的挑战,它包括内在知识技术支撑方面的挑战和外在科研环境扶持方面的挑战。针对我国机器人产业的现实状况,借鉴国外成功经验的基础上,给出了一些建设性的建议。

三指水下作业机械手运动学分析

介绍了一种结构优化设计方法 ,该方法从仿生学的角度对三指水下作业机械手手指结构进行了优化设计 ,在此基础上分析建立了三指水下作业机械手单个手指的运动学模型以及每个手指的雅可比矩阵 ,并对抓持状态下各手指的运动姿态进行了仿真分析。通过具体实验验证了运动学模型的正确性 ,为进一步研究机械手的轨迹规划、控制等问题提供了理论依据。

基于电共轭液的人工肌肉及微手指研究

总结了几种传统人工肌肉的工作原理、特点及其在机器人驱动中的应用现状,分析了面向机器人驱动的传统人工肌肉技术的不足。在描述电共轭液的性能特性基础上,指出基于电共轭液的人工肌肉及微手指不仅在电能到机械能的转化过程中表现出显著的能量转换效率和高灵敏度等性能优点,而且与天然肌肉的驱动原理极其相似,在智能化的机器人驱动方面更具发展潜力。在此基础上,回顾了基于电共轭液的人工肌肉和微手指的研究进展,提出材料研究、作用机理和驱动电压低压化是基于电共轭液的仿生器件研究亟需解决的问题,以及未来的发展趋势及应用前景。

多关节指形机械手爪的设计

针对人口老龄化的日趋严重,从仿生学的角度出发,以人手结构形式及参数为设计依据,运用SolidWorks三维软件设计一种多关节指形机械手爪。其中包括机械结构、传动驱动系统、气动回路布置以及电气控制系统的设计与实现。通过PLC的软件程序控制各电磁阀驱动气缸动作和控制机械手爪动作,使机械手爪可以像人手一样抓取物体,并进行1~6、8等7个数字的灵活表示。该设计对仿人机器人机械设计有一定的参考价值。

遗传算法在仿生机械手指多目标尺寸优化中的应用

为使仿生机械手指在达到约束条件的情况下满足设计的尺寸范围,让仿生机械手实现稳定、精确的抓取目标物体。首先,通过力平衡、力矩平衡原理建立仿生机械手指关节的接触力模型;然后,根据抓取要求建立目标函数进而构建合理的的适应度函数;在此基础上,结合约束条件,利用遗传算法得到优化后的仿生机械手指的尺寸参数;最后通过MATLAB软件对仿生机械手指仿真。仿真结果表明优化后的仿生机械手的抓取效果比优化前的抓取效果显著。

高档名优绿茶仿生采摘指气动控制系统研制

为解决高档名优绿茶采摘劳动力紧缺和现有采茶机对新梢采摘缺乏选择性的问题,提出用于采茶机器人的、模仿人工“提手采”方式的仿生采摘指机构,通过固定、提拉等动作将新梢的茎拉断,并基于该机构设计采摘指气动控制系统。系统采用STM32芯片为控制核心,通过光耦继电器控制电磁换向阀两个出气口有序开启,从而控制气缸往复运动,实现采摘指对新梢的采摘。通过计算分析设计控制气路,对气路系统元件进行选型;完成控制系统硬件电路设计和软件开发,并制作样机。试验结果表明采摘指能有效实现新梢与茎秆的分离,一芽一叶采摘成功率达90%,验证了仿生采摘指气动控制系统的可行性和实用性。

一种仿生手指机构的位置分析及运动仿真

用复数矢量法,导出了仿生手指机构模拟指端点的位置方程。利用UG软件创建了手指机构的参数化三维模型,并进行了基于位移的关节运动仿真,给出了输入杆的运动极限位置和模拟指端点的运动轨迹。

电共轭液的应用现状

对电共轭液的特点及其工作原理进行了详细的描述,利用它在高压环境下能够产生射流这一现象来实现微领域上的改进与创新,重点对国外电共轭液在液态陀螺仪、仿生微手指、人工肌肉、微电机和CPU散热器中的应用概况进行了综述,指出每个应用的具体原理及实施方式。同时根据电共轭液的应用现状,提出了现阶段电共轭液的不足,即缺乏对电共轭液材料结构和性质的研究,没有从根本上解决驱动电压高的问题,但是以上几种应用指出了电共轭液及其仿生器件的发展方向,这对微器件的发展尤为重要。

一种新型肌腱-连杆双模态灵巧手指的设计与分析

本研究设计了一种具有内收外展功能的新型仿生假手指机械结构。基于欠驱动理念,通过连杆机构实现仿生手指的内收外展功能,联合腱绳传动实现仿生手指的屈曲伸展运动。通过研究该肌腱-连杆双模态仿生手指结构的运动原理,提出了一种分离合成式数学模型。通过仿真对仿生手指的屈曲伸展和内收外展运动进了校验分析,结果表明食指、无名指和小指的内收外展运动角度范围分别为0~25°,0~15°和0~35°,屈曲伸展运动符合人手正常运动情况。仿真实验验证了本研究所设计结构的正确性和可行性。

基于ADAMS的仿生中指结构设计及运动学研究

通过ADAMS对仿生中指进行建模和运动仿真分析,对比人体手指的真实长度,对仿生中指机构连杆的各长度进行优化和确定,并计算出该中指指尖运动的位移、速度、加速度等物理量,得到中指指尖的运行轨迹和运动学规律,达到了能够准确模拟人类手指活动的目的。与目前存在的由于自由度过多而难于控制,或者不便于操作等不能灵活应用于实际中的机器手相比,具有较强优势,实用性提高。

基于仿生手指的血管介入手术机器人设计与分析

血管介入手术是目前治疗心脑血管疾病最有效的方式,但血管介入手术操作风险大、操作技巧要求较高和医生培训周期较长成为目前制约其发展的主要原因。利用机器人技术辅助医生进行手术成为目前研究的热点,也是目前的迫切需求。针对血管介入手术的操作特点,提出一种基于仿生手指的血管介入手术机器人,该机器人使用丝杠滑台实现导丝、导管的前后递送,利用基于仿生手指的机构设计实现导丝、导管的旋捻。建立该机器人的三维结构模型,对旋捻机构进行运动学计算和分析,并建立其运动学方程,给出了旋捻运动执行段的速度和加速度的表达式。利用ADAMS软件对该机器人进行运动学仿真,给出旋捻机构执行端的运动曲线并验证了理论计算的正确性,证明了所开发的血管介入机器人的可行性。

新型欠驱动仿生灵巧手设计及实时操作控制

根据人手的生理结构,参考人手骨骼形状,设计了一种保留人手大部分生物力学特征的灵巧手控制模型。为满足灵巧手多指控制的同步性和数据传输的实时性,设计了数据传输模块以及舵机控制模块。针对欠驱动运动精度不高的特点,提出了类肌腱的仿生结构,使得各手指准确到达期望位置,减小腱驱动迟滞造成的不利影响。通过静力构型分析为类肌腱材料的选取提供依据,并通过运动学分析得到指尖一点的工作空间范围。最后通过多指灵巧抓取以及遥操作实验,验证所提控制系统的稳定性、可靠性。

小型仿生人工手指触觉感知系统设计

针对目前触觉传感器电路复杂、体积大等问题,设计了一套基于导电液的小型仿生手指感知系统,实现了同时测量温度、三维力、压力等物理信息的功能。系统由单片机数据采集电路、触觉电极阵列电路、温度传感电路和压力传感电路等组成。针对被采集信号的特征,设计了信号调理电路,对信号进行了转换及滤波;设计了FPC接口和板对板接口,将各硬件模块进行了有效的衔接,使得电路结构实现了高度一体化;为了实现数据处理和传感器融合,将由手指传感器测量的触觉感知信息通过USB传输给了上位机,并设计了上位机软件,以显示和存储采集到的数据。实验结果表明,该系统能够实现对温度、压力、三维力数据的快速采集、传输和处理。

仿生手指的触觉感知系统设计及性能

机器人的类人能力离不开完善的感知系统,而触觉感知系统能极大地扩展机器人的应用范围。该文以人手指为仿生对象,基于液体压强传导原理研制了一种具有柔性外壳、指甲、指骨、液体、压敏元件和温度敏感元件的仿生手指,并研究了仿生手指的触觉感知能力。结果表明:仿生手指的触摸压力曲线变化率和接触温度曲线变化率能够反映物体的硬度和导热性能,表明仿生手指具有硬度和温度感知能力。由仿生手指触摸振动信号提取的峰值均值和平均功率特征值能够表征织物粗糙感,由仿生手指触摸振动信号频谱图提取的主频率和功率谱重心频率特征值能够表征织物细密感,表明仿生手指具有纹理粗糙度和细密度的感知功能。基于支持向量机模型,使用仿生手指触摸振动信号的峰值均值、平均功率、主频率、功率谱重心频率及6个频段强度作为特征参数,进行织物表面纹理识别,平均识别准确率为92.8%,高于人主观分类的平均识别准确率(88.8%),表明仿生手指能够对织物表面纹理进行有效识别与分类,且优于人主观分类识别织物能力。研究成果可为触感智能机器人、触肤产品质感量化评定等提供技术支持和理论支撑。

刚-柔耦合仿生手指设计及运动学特性

仿生手能够实现各类复杂的动作,广泛应用于工业及医疗领域。现有的刚性仿生手大多具有质量重、柔顺性差等缺陷,而柔性仿生手的控制精度低、难以实现有力的抓握。针对上述不足,以人手的生理结构为设计依据,运用3D打印技术制成刚性人手骨骼模型,以日本东京工业大学铃森康一教授团队开发的1.3 mm和2 mm直径的细径McKibben型气动人工肌肉作为柔性执行器,参考人手肌肉布局分别模拟人手的内在肌与外在肌,研发一种刚-柔耦合仿生手指。利用BP人工神经网络构建手指的运动学模型,分析手指关节运动和肌肉间的耦合驱动关系,通过试验测试结果评估模型的预测精度,通过对比解剖学的研究成果发现,提出的仿生手指在驱动原理和运动学特性上与人手具有高度的相似性。

机器人多指灵巧手的研究现状、趋势与挑战

机器人多指灵巧手是一种高度灵活、复杂的末端执行器,因其能够模仿人手的各种灵巧抓持和复杂操作能力,半个多世纪以来得到持续的研发投入和广泛关注,备受社会各界期待。综述分析了仿人型机器人多指灵巧手的演化过程、研究与开发现状。从仿生结构、驱动、传动、感知、复合/智能材料、建模与控制等方面分析了机器人多指灵巧手的本体复杂性,在部分功能复现、灵巧操作功能复现和人手功能的增强三个层次上分析了机器人多指灵巧手的应用复杂性,进而论述了基于多指灵巧手的复杂应用简化实现模式,阐明了机器人多指灵巧手的复杂性与易用性的辩证关系。最后从深度仿生、柔性感知技术、操作过程规划与控制策略、成本控制四个方面分析了多指灵巧手本体研究的趋势与挑战。