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基于滚动接触的单模块多自由度柔性连续体机械臂设计
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作者 周亮 温涛 +1 位作者 胡俊峰 周浩 《工程设计学报》 CSCD 北大核心 2024年第4期473-482,共10页
为实现连续体机械臂的多模态运动,解决现有机械臂只能实现单一弯曲或旋转的问题,设计了一种基于滚动接触的单模块多自由度柔性连续体机械臂。将滚动接触模块作为连续体机械臂弯曲模块的骨架结构,并在弯曲模块内安装旋转模块,以形成具备... 为实现连续体机械臂的多模态运动,解决现有机械臂只能实现单一弯曲或旋转的问题,设计了一种基于滚动接触的单模块多自由度柔性连续体机械臂。将滚动接触模块作为连续体机械臂弯曲模块的骨架结构,并在弯曲模块内安装旋转模块,以形成具备独立弯曲和旋转运动的多自由度机械臂。采用分段常曲率法建立连续体机械臂的运动学模型,对其刚度性能、弯曲性能和旋转性能进行了分析。制备了连续体机械臂样机,并开展机械臂拧松瓶盖、开启风扇以及在三维空间内避开障碍物抓取目标物体等实验。实验结果表明,利用连续体机械臂的弯曲与旋转组合运动可完成复杂空间环境下的不同任务,体现了复合运动模式的优势。所设计的连续体机械臂具备多模态运动,可为多自由度连续体机械臂的设计提供新思路,拓展了连续体机械臂的应用场景。 展开更多
关键词 柔性连续体机械臂 单模块 滚动接触 多模态运动
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一种新型双臂协作消化道手术机器人的结构设计与运动学分析
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作者 王盛松 张涛 +2 位作者 程天宇 苏静 杜付鑫 《机械工程师》 2024年第4期61-64,共4页
与传统的内镜下微创手术相比,消化道手术机器人辅助下的微创手术具有高灵活性、高柔性及高精度的优势。但是消化道手术机器人的研究起步较晚,存在操作臂自由度不足、末端控制信息不准确等问题。文中设计了一种新型双臂协作消化道手术机... 与传统的内镜下微创手术相比,消化道手术机器人辅助下的微创手术具有高灵活性、高柔性及高精度的优势。但是消化道手术机器人的研究起步较晚,存在操作臂自由度不足、末端控制信息不准确等问题。文中设计了一种新型双臂协作消化道手术机器人系统,提出一种操作臂的快速更换装置。结果显示,机器人双臂工作空间满足手术机器人需求,连续体操作臂的定位误差在1.5 mm以内,正逆运动学算法准确性较高。 展开更多
关键词 消化道手术机器人 双臂协作 连续体操作臂 运动学
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Controlling Tendons to Modulate Stiffness of a Planar-to-Spatial Tendon-Driven Continuum Manipulator Under External Uncertain Forces
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作者 Vipin Pachouri Pushparaj Mani Pathak 《Journal of Bionic Engineering》 SCIE EI CSCD 2024年第2期821-841,共21页
Continuum manipulators(CM)are soft and flexible manipulators with large numbers of degrees of freedom and can perform complex tasks in an unstructured environment.However,their deformability and compliance can deviate... Continuum manipulators(CM)are soft and flexible manipulators with large numbers of degrees of freedom and can perform complex tasks in an unstructured environment.However,their deformability and compliance can deviate distal tip under uncertain external interactions.To address this challenge,a novel tension-based control scheme has been proposed to modulate the stiffness of a tendon-driven CM,reducing the tip position errors caused by uncertain external forces.To minimize the tip position error,a virtual spring is positioned between the deviated and the desired tip positions.The proposed algorithm corrects the manipulator deviated tip position,improving tension distribution and stiffness profile,resulting in higher stiffness and better performance.The corresponding task space stiffness and condition numbers are also computed under different cases,indicating the effectiveness of the tension control scheme in modulating the manipulator's stiffness.Experimental validation conducted on an in-house developed prototype confirms the practical feasibility of the proposed approach. 展开更多
关键词 continuum arm Hyper-redundant robots Variable stiffness manipulator Tension-based control Mechatronic systems
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Design of a Flexible Capture Mechanism Inspired by Sea Anemone for Non-cooperative Targets 被引量:2
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作者 Jiankun Yang Chengwei Ren +3 位作者 Chenghao Yang Youyu Wang Shumin Wan Rongjie Kang 《Chinese Journal of Mechanical Engineering》 SCIE EI CAS CSCD 2021年第4期236-248,共13页
Robotic grippers have been used in industry as end-effectors but are usually limited to operations in pre-defined workspace.However,few devices can capture irregularly shaped dynamic targets in space,underwater and ot... Robotic grippers have been used in industry as end-effectors but are usually limited to operations in pre-defined workspace.However,few devices can capture irregularly shaped dynamic targets in space,underwater and other unstructured environments.In this paper,a novel continuum arm group mechanism inspired by the morphology and motions of sea anemones is proposed.It is able to dissipate and absorb the kinetic energy of a fast moving target in omni-direction and utilize multiple arms to wrap and lock the target without accurate positioning control.Wire-driven actuation systems are implemented in the individual continuum arms,achieving both bending motion and stiffness regulation.Through finite element method,the influence of different configurations of the continuum arm group on the capture performance is analyzed.A robotic prototype is constructed and tested,showing the presented arm group mechanism has high adaptability to capture targets with different sizes,shapes,and incident angles. 展开更多
关键词 Non-cooperative targets continuum arm group Wire-driven mechanism
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变刚度连续型机械臂设计与控制 被引量:13
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作者 耿仕能 王友渔 +2 位作者 陈丽莎 王聪 康荣杰 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第12期1391-1400,共10页
针对空间机械臂碰撞过程中产生的冲击和破坏问题,提出一种能被动适应碰撞且能保证操作精度的可变刚度丝驱动连续型机械臂。在以超弹镍钛合金丝为支撑脊椎和驱动部件的基础结构上,设计了一种利用温控记忆合金改变关节内摩擦力的变刚度方... 针对空间机械臂碰撞过程中产生的冲击和破坏问题,提出一种能被动适应碰撞且能保证操作精度的可变刚度丝驱动连续型机械臂。在以超弹镍钛合金丝为支撑脊椎和驱动部件的基础结构上,设计了一种利用温控记忆合金改变关节内摩擦力的变刚度方法。通过运动学分析得到机械臂驱动空间、构型空间和工作空间之间的坐标映射及速度雅克比矩阵,并结合末端位置反馈设计了一个稳定的闭环运动控制器。在检测丝驱动力的基础上提出了一种碰撞识别方法和相应的变刚度控制策略。运动控制和变刚度控制的实验结果表明该连续型机械臂具有良好的运动控制精度和刚度调节能力。 展开更多
关键词 连续型机械臂 变刚度 太空操作
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一种丝驱连续体手术机械臂的设计及其运动学分析 被引量:4
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作者 卢佳佳 冯显英 +2 位作者 杜付鑫 岳明君 屈梁成 《机电工程》 CAS 北大核心 2020年第9期1051-1056,共6页
针对现有的连续体机械臂及其运动学模型无法得到运动学解析解的问题,设计了一种具有两个弯曲自由度的丝驱动连续体机械臂原型,并对其正逆运动问题进行了研究。基于分段常曲率假设,结合D-H法建立了连续体机械臂的正运动学模型,推导出了... 针对现有的连续体机械臂及其运动学模型无法得到运动学解析解的问题,设计了一种具有两个弯曲自由度的丝驱动连续体机械臂原型,并对其正逆运动问题进行了研究。基于分段常曲率假设,结合D-H法建立了连续体机械臂的正运动学模型,推导出了驱动丝长度到机械臂末端位置的映射关系,得到了正运动学解析解;通过提取机械臂骨干曲线,利用几何分析法建立了连续体机械臂逆运动学模型,推导出了机械臂末端位置到驱动丝长度的映射关系,并得到了部分逆运动学解析解;最后,通过实验对所提出运动学模型的有效性进行了验证。研究结果表明:所提出运动学模型的平均位置误差不超过2.56 mm,约占机械臂总长度的2.57%,能够很好地用于连续体机械臂末端位置控制。 展开更多
关键词 连续体机械臂 运动学分析 分段常曲率 解析解
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基于前馈神经网络的柔性连续臂建模与仿真 被引量:2
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作者 范军红 朱云飞 +2 位作者 王文彪 鲍官军 姜利祥 《航天器环境工程》 北大核心 2022年第2期133-139,共7页
柔性连续臂的设计研究近年来取得重大进展,但其建模研究一直相对滞后。为此,文章对柔性连续臂进行运动学建模研究,提出使用临时姿态矩阵求解逆运动学的方法,解决了逆运动学不易收敛的问题;利用前馈神经网络对基于模态振型函数(MSF)的模... 柔性连续臂的设计研究近年来取得重大进展,但其建模研究一直相对滞后。为此,文章对柔性连续臂进行运动学建模研究,提出使用临时姿态矩阵求解逆运动学的方法,解决了逆运动学不易收敛的问题;利用前馈神经网络对基于模态振型函数(MSF)的模型进行拟合,建立一种端到端的正运动学模型和逆运动学模型,在保证模型精度的同时,显著提高了其逆运动学求解效率。该模型可以灵活更改前馈神经网络输入输出神经元的数量,从而将自身迁移到多节模型中。 展开更多
关键词 柔性连续臂 运动学建模 模态振型函数 前馈神经网络
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绳驱动连续型机械臂设计 被引量:5
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作者 翟士民 刘荣 薛彤 《机械工程与自动化》 2015年第2期119-121,共3页
结合国内外连续型机械臂的研究成果,设计了一种新型基于球铰关节连续型机械臂,建立了其运动学模型,对多关节运动进行解耦分析,并研制了原理样机,最后还进行了相关的实验研究及分析。
关键词 连续型 机械臂 运动学模型 设计
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连续体仿生医疗机械臂设计研究
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作者 何智韧 周畅 《中国医疗器械信息》 2023年第19期65-68,共4页
连续体机械臂在仿生医疗领域应用越来越广泛深入,是未来重要的发展方向,如何更好地开展连续体仿生医疗机械臂设计很值得探讨。文章简述研究背景与动机,概述连续体仿生医疗机械臂的设计理念与活动原理,分析连续体仿生医疗机械臂的结构设... 连续体机械臂在仿生医疗领域应用越来越广泛深入,是未来重要的发展方向,如何更好地开展连续体仿生医疗机械臂设计很值得探讨。文章简述研究背景与动机,概述连续体仿生医疗机械臂的设计理念与活动原理,分析连续体仿生医疗机械臂的结构设计,探讨连续体仿生医疗机械臂的程序设计,并进行相应总结,以求为连续体仿生医疗机械臂优化设计提供借鉴与启示。 展开更多
关键词 连续体机械臂 仿生医疗 结构设计 程序设计
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