3腔道仿生软体爬行机器人设计

为了改善软体机器人复杂的结构和繁琐的控制系统,课题组设计了一种气压驱动仿生软体爬行机器人,由3腔道外波纹式软体驱动器和前后卡脚组成。根据驱动器各个气腔内部气压产生不同方向的弯曲变形,实现了爬行机器人前进、转向和抬头等仿蠕虫运动;同时,基于虚功原理和Yeoh模型搭建了非线性数学预测模型。为验证预测模型的准确性,设计了有限元仿真分析和实体样机试验,将所得数据与数学模型预测值进行对比,结果表明非线性数学预测模型具有有效性。本研究提出了结构更简洁、弯曲更灵活、力学性能更好的3腔道仿生软体爬行机器人,建立的数学预测模型能够较为准确地预测3腔道软体驱动器在不同气压下弯曲步幅的大小。     

碳纤维“骨架”柔性电热驱动器的制备及其自形变性能

柔性驱动器在软体机器人、人工肌肉、人机交互等领域具有广阔的应用前景,但现今电热驱动器普遍存在弯曲变形幅度小、驱动力不足的问题,极大地限制了其实际应用。针对此问题,文章选用碳纤维作为"骨架"材料,加入石墨烯/聚酰亚胺复合界面中,制备具有三明治结构的电热驱动器。碳纤维"骨架"柔性驱动器的机械性能和自形变性能明显增强,最优驱动器在6 V电压下可弯曲109°,响应时间为10 s,输出力为7.25 mN(其质量的10.3倍)。由此,制备了一个自爬行机器人,可在218 s内向前爬行54 mm,展示了其在柔性机器人领域的应用潜能。     

蠕动式软体管道机器人设计及测试

基于硅橡胶材料的超弹性特征,参考蠕虫类生物结构和运动特点,以六棱柱型驱动器和圆柱型驱动器为机器人主体,设计了一种蠕动式软体管道机器人,并分析该机器人在管道中的两种运动模式。结果表明,所设计的蠕动式软体管道机器人结构和运动模式是可行的。     

气动软体驱动器设计与建模

设计了一种用于软体机器人的气动软体驱动器,并详细阐述了驱动器的制作流程,基于Yeoh模型与虚功原理,推导了驱动器驱动气压与弯曲形变的非线性关系,利用Abaqus软件建立了软体驱动器的有限元模型,制作了软体驱动器的样机并进行了实验验证。结果表明:理论计算与有限元分析结果的均方根误差为2.91%,理论计算与样机试验结果的均方根误差为4.48%,该理论模型可以很好地推导驱动气压与驱动器弯曲角度的非线性关系。     

二自由度七连杆机器人腿部机构优化设计

文章推导了二自由度七连杆机构运动分析计算公式,建立了七连杆机器人腿部机构优化设计的数学模型。以长半轴100mm、短半轴40mm的椭圆曲线作为机器人足端的相对理想轨迹曲线,采用遗传算法对七连杆机器人腿部机构进行了优化设计。优化的七连杆机器人腿部机构足端的实际轨迹曲线几乎与理想轨迹曲线重合,足端点的最大、最小x坐标分别为100.035,-100.036mm,最大、最小y坐标分别为40.005,-40.009mm,与理想轨迹的椭圆长轴、短轴半径的最大相对误差仅为0.036%。利用优化的七连杆机器人腿部机构,设计了6足仿真机器人,并采用UG软件对优化的七连杆机器人腿部机构和6足仿真机器人进行了运动仿真,运动仿真结果非常理想。     

真菌多糖对鼠李糖乳杆菌性质的影响

研究了不同质量浓度的真菌多糖对鼠李糖乳杆菌的影响。结果表明,质量浓度为15g/L的真菌多糖对鼠李糖乳杆菌的增殖效果最显著,其活菌数最大可达到3.08×1010mL-1,能够使发酵周期提前2～3h。其产酸能力得到明显的提高,并且此真菌多糖益生元较好地提高了鼠李糖乳杆菌的耐酸、耐胆盐的能力。     

基于视觉定位的机器人天地盒自动成型机设计

为实现天地盒高速、精准粘合包装，根据天地盒产品自动成型的工艺要求及特点，设计基于视觉定位的机器人天地盒自动成型机。盒胚通过上料输送线输送到定位区域，采用定位气缸进行二次定位，由机器人未端吸盘进行吸取。纸膜通过上糊机输送到负压传送线，采用双相机对过胶后的纸膜完成对角拍照。图像处理计算机根据产品尺寸数据、纸膜图像信息计算得到纸膜位姿信息，经过标定后获得机器人坐标系中的运动指令，引导机器人将盒胚准确放置在当前纸膜的中心位置。现场运行数据表明，纸膜综合定位误差<0.4 mm，工作节拍最大15个/分钟，实现不同规格盒胚与纸膜的精准定位及粘合。研究结果为电子产品、食品及药品外包装盒的自动化生产提供设计指导。     

类人四轴解魔方机器人的设计

解魔方机器人是专门针对魔方还原而设计的一类机器人,涉及的技术十分广泛,实现的方法也较为多样。文章基于二阶段算法和Android平台,设计实现了无线遥感解魔方机器人。采用Android平台作为上位机,舵机控制板作为控制器,机械手臂作为操纵设备,完成对任意魔方状态的初始还原。实践表明,通过对Android平台、舵机控制器和机械部分有机结合,完成还原魔方的任务,能够达到较快的速度和高成功率。在进一步优化机械结构后,魔方机器人的还原速度还会提升。     

基于织物/折纸复合材料的仿蠕虫管道软体机器人

介绍了一种基于织物/折纸复合材料的仿蠕虫管道软体机器人的设计过程与性能测试,其中PVC涂塑尼龙机织物与折纸结构分别用作机器人的皮肤和骨骼。机器人两端设有Kresling结构的锚定器,锚定器表面附着有用于加强锚定作用的硅胶块;机器人中段采用类似风箱结构的主体段连接,以此实现其蠕动前进。研究了机器人的水平单向运动性能、水平双向运动性能、竖直爬行运动性能、拖拽重物性能、排障性能和耐变形性能。结果显示:该机器人具有成本低、制备简单、自由度无限、可模块化设计等优点,在管道检测与排障方面具有良好的应用潜力。     

手工地毯植绒机轨迹规划及其速度控制优化

为减缓手工地毯植绒机在加工路径变化剧烈处引起的机械振动,减少植绒路径和基布偏移,使其在较高作业速度下加工出高品质毯面的手工地毯,提出一种手工地毯植绒轨迹规划和速度优化控制方法。通过分析手工地毯植绒机器人的机电系统架构,以及实现植绒动作的多轴联动关系;在此基础上研究了运动路径对机械振动和植绒精度的影响,提出了根据拐点转角大小的速度自适应控制策略;最后研究了三次样条函数轨迹规划器实现多轴系统的协调运动控制方法。结果表明:应用该优化控制方法较好地抑制了加工中的机械振动,实测路径最大偏移量从5.8 mm下降到0.6 mm,在保证毯面品质的基础上提升了植绒效率。     

视觉系统 值得信任

英国工业视觉协会（UKIVA）称,尽管机器视觉在指导机器人方面一直扮演着重要的角色。但对于安装在机器人端部或放置于固定位置使用的机器视觉系统而言,其最大的优势之一是能够都实现三维测量,使其成为高产量和低产量的制造中质量控制的一部分。     

基于EtherCAT总线伺服在机器人上的应用研究

文章就欧瑞传动的EtherCAT总线伺服在六关节机器人上的使用进行了探讨及分析,与脉冲式伺服驱动器相比,总线伺服应用于六关节机器人上接线简单、抗干扰能力更强、调试方便、具备高速数据采集等优点,并简化了操作,提高可行性和易用性,实现了机器人上更优化解决方案,使机器人控制性能进一步得到提高。     

江苏沿海4种低值贝类软体中不饱和脂肪酸EPA和DHA动态积累规律与适宜采收期分析

采用GC/MS法对江苏沿海四种低值贝类软体中脂肪酸类成分进行定性分析,建立了HPLC法测定4种贝类软体中多烯不饱和脂肪酸二十碳五烯酸(简称EPA)和二十二碳六烯酸(简称DHA)的方法,在此基础上分析不同采收期4种贝类软体EPA和DHA的动态积累规律以评价这4种贝类软体的适宜采收期;同时以Waters Sun Fire C18柱(2.1 mm×100 mm,3.5μm)为色谱柱,乙腈(含0.1%磷酸)-水(含0.1%磷酸)(体积比74∶26)为流动相,流速0.6 m L/min等度洗脱,检测波长205 nm。该方法下,EPA-甲酯和DHA-甲酯分别在1.005 0⁸0.40μg/m L、1.106 280.40μg/m L、1.106 2⁸8.50μg/m L范围内呈良好的线性关系,灵敏度高,重现性好。不同的采收期,4种贝类软体中EPA和DHA的含量变化明显,在6.7月份时达到最高,菲律宾蛤仔、文蛤、青蛤和四角蛤蜊软体中EPA和DHA的总量分别为:771.5688.50μg/m L范围内呈良好的线性关系,灵敏度高,重现性好。不同的采收期,4种贝类软体中EPA和DHA的含量变化明显,在6.7月份时达到最高,菲律宾蛤仔、文蛤、青蛤和四角蛤蜊软体中EPA和DHA的总量分别为:771.56⁴ 565.38μg/g、263.114 565.38μg/g、263.11³ 115.78μg/g、5 907.833 115.78μg/g、5 907.83¹2 023.06μg/g和422.7112 023.06μg/g和422.71² 416.27μg/g。从产量和有效成分EPA和DHA的总量变化上综合考虑,建议菲律宾蛤仔、青蛤和四角蛤蜊最佳采收期在6月,而文蛤最佳采收期在7月。     

食品搬运机器人工作空间仿真与轨迹规划

目的:提高食品搬运机器人连续平稳运动时对轨迹插值点位的追踪控制能力。方法:分析食品搬运机器人的组成结构,建立运动学模型并通过MATLAB进行验证,对机器人工作空间进行建模求解,给出食品搬运台的合理布置位置;结合食品搬运任务要求,提出3段五次多项式插值方法对机器人末端轨迹进行规划,通过MATLAB仿真计算与采集试验数据进行验证。结果:食品搬运台的合理布置空间为z＞0 mm且200 mm＜r＜500 mm的区域,3段五次多项式轨迹规划的方法可以使机器人平稳地执行食品搬运任务,提高了对机器人运动过程中的点位、速度、加速度的准确控制。结论:3段五次多项式轨迹规划的方法对于机器人执行食品搬运任务是有效的。     

上甑机器人运动分析和轨迹规划

为避免上甑机器人在运行过程中产生振动和加速度的急剧变化，通过对六轴机器人结构的分析，使用DH参数法建立机器人的运动学模型，并求解正逆运动学表达式。结果表明，上甑机器人的工作空间范围x,y轴为-3 000～3 000 mm,Z轴为-1 000～4 000 mm，能够满足上甑铺料的需求。在进行局部补料时，采用五次多项式和七次多项式插值进行轨迹规划。经分析对比，五次多项式的冲击曲线仅有1个波谷，七次多项式则有3个波峰和波谷，故选择五次多项式轨迹规划。研究对实现自动化探汽上甑有参考意义。     

基于单片机控制的爬楼梯机器人设计研究

本文设计的爬楼梯机器人,使传统机器人在手动操作的基础上,能够根据程序的改变而自动判断前方是否有障碍物,实现爬楼梯的功能,其具有的多种控制模式,可满足用户的不同需求。     

自主电力线巡检机器人的发展概况及关键技术

电力线巡检首先在直升机巡检领域得到自动化,近年来又在飞行机器人和爬行机器人领域得到飞速发展。不同类型的机器人在设计需求、巡检质量、自主性和通用性等方面各有利弊,在应用领域呈互补关系。文章阐述自动直升机巡检、飞行机器人巡检、爬行机器人巡检技术的发展概况,目的是展示电力线巡检机器人领域的重要成就,并对存在的问题进行总结,对电力线巡检机器人的发展前景做出展望。     

仿生结构在软机器人中的应用

与传统的硬机器人相比,软机器人部分或全部由软材料组成,因此具有更强的稳定性和适应性,并且在与人和环境交互时更为安全.自然界中的各类生物均为软体结构,经过自然演变,可以适应复杂的环境,因此这些生物的身体结构和运动方式天然地可以为软机器人的设计提供灵感.文章首先介绍软机器人的制作,然后从结构仿生和功能仿生两方面综了仿生结构在软机器人中的典型应用,为软机器人的设计提供思路.     

基于Delta机器人的食品生产线动态目标抓取方法

目的：解决当前食品生产中Delta机器人在动态目标抓取方面存在的精度差、效率低等问题。方法：提出了一种新的动态目标抓取方法用于食品生产线中Delta机器人的抓取控制,通过传送带的偏移量和编码器的反馈值计算目标的动态位置,优化目标的抓取顺序,并结合门型轨迹和改进的梯形加减速算法对动态目标进行抓取。通过试验对优化前后的控制方法进行分析。结果：在20 mm/s的输送速度下,优化前后机器人漏抓率由3.33%降至0,抓取速度从0.756个/s提高到0.860个/s;在30 mm/s的输送速度下,优化前后机器人漏抓率从8.83%降至0,抓取速度从0.885个/s提高到1.130个/s。结论：动态目标抓取方法能有效提高Delta机器人的抓取效率。     

新型外科手术机器人(AOBO)机构设计及运动学分析

为了提高外科手术机器人的工作空间和手术效率,缩小机器人的操作空间和结构尺寸,以适应针对不同病人的工作特点和手术环境。研制了一种新型的7自由度外科手术机器人(AOBO),设计了每个关节的动力机构以及专用的手术器械。肩关节机构处通过1个谐波减速器使得整体运动更加平稳,负载能力更大;大臂和小臂采用高强度低质量的碳纤维材质制造减少了由于臂长给电机增加的负载,同时建立了其运动学方程,仿真了机器人的工作空间。实物测试实验表明,该外科手术机器人具有合适的工作空间和很好的动作灵活性,能够满足外科手术对于机器人的准确定位和精确操作的要求。