基于形状记忆合金驱动的连续体机器人路径规划

连续体机器人运动灵活，能在多障碍的狭窄环境中进行连续弯曲运动。现有连续体机器人多以绳驱动为主，机械结构复杂、关节间耦合现象严重，从而导致控制复杂，且难以进行长度方向上的拓展。形状记忆合金(Shape memory alloy, SMA)作为一种新型的智能材料，同时具有驱动和传感的功能，并且其质量轻，单位体积内的驱动力大，作为机器人的驱动设备有助于减少其结构体积，并改善其控制方式。因此，在研究中，设计了一款基于SMA驱动的连续体机器人，并对其路径规划算法进行研究，在保证机器人运动效率的同时，确保其沿目标路径运行的安全性。结合SMA的驱动特性，并基于常曲率运动学模型，提出A*路径规划算法的优化方法，使其更加符合连续机器人的运动特性。研究结果表明，提出的改进型A*算法搜索时间短，规划效率高，具备良好的环境适应能力。     

基于SMA驱动模块的仿生水母机器人

通过对海月水母的仿生性研究,设计制作了一款仿生水母机器人。为实现水母钟状体的收缩与释放动作,基于形状记忆合金(SMA)丝设计了一款新颖的具有类似于人工肌肉功能的驱动模块,详细描述了该模块的结构参数和制作工艺,并对其电气特性进行了测试研究。仿生水母机器人由6组SMA驱动模块辐射对称组装构成,采用了基于中枢模式发生器(CPG)网络的仿生控制方式,实现了水母机器人三维空间内多模式游动。最后,针对水母机器人不同的运动模式进行了多组实验,水母机器人游动数据验证了控制模型的有效性。     

用于航空发动机原位检测的连续体机器人运动研究

针对航空维修中传统检测手段难以在原位做发动机狭长内部的检测,及传统单芯柱骨架连续体机器人存在易扭曲、运动精度差及控制困难的问题,对连续体机器人的结构和其中各节对灵活性的差异要求进行了研究。利用有限元分析软件,选取了最优结构,设计了一种交错排列双芯柱结构的冗余自由度连续体机器人;基于几何分析方法,建立了单节、多节连续体机器人正逆运动学模型,分析了驱动空间与关节空间,关节空间与操作空间的相互映射关系,并进行了运动仿真和实验。研究结果表明:所设计连续体机器人的工作空间满足检测要求,其轨迹规划合理,能够准确地完成发动机的检测任务。     

形状记忆合金驱动的小型双足爬壁机器人

主要设计了一个以形状记忆合金作为驱动器的微型爬壁机器人并对其进行了介绍和讨论。小型双足爬壁机器人采用对称式的结构,两臂末端安装真空吸附盘进行吸附爬壁,并以形状记忆合金弹簧(SMA)替代传统的电机作为机器人的驱动元件,简化了驱动结构,同时也减轻了重量。利用DSP对形状记忆合金的通电加热控制,并根据机器人步态规划输出不同控制信号,从而实现对小型双足爬壁机器人的运动控制。通过样机的制作验证了SMA驱动小型爬壁机器人的可行性。     

基于强化学习的超冗余机器人末端位置控制

超冗余连续体机器人因其细长结构,在受限空间具有重大应用价值.连续体长时间使用后由于摩擦、耗损等问题导致控制精度下降,影响性能.针对连续体机器人末端位置精确控制问题,对比有模型和无模型的控制方法,并搭建仿真和实体环境进行验证.实验结果表明,无模型方法适用性高,能实现较为复杂的运动规划,但是与环境交互次数过大,无法开展实体...     

形状记忆合金驱动的连续跳跃柔性机器人

针对在复杂、狭窄的非结构化地形下跳跃机器人存在的着陆稳定性和运动连续性的问题,提出了一种形状记忆合金(shape memory alloy,简称SMA)智能材料驱动的柔性跳跃机器人,它具有轻质小型、结构简单及连续运动的优点。利用对称的折纸柔性身体减少着陆振动,保证着陆稳定;利用对称的双SMA弹簧拮抗系统实现弹性元件交替变形和储能释能的功能;建立了柔性机器人跳跃运动的理论模型,研究了关键结构尺寸对能量储存和跳跃性能的影响机制,并研制了一款尺寸为6 cm×4 cm×2.5 cm、质量为3.8 g的原理样机。实验结果表明:柔性机器人依靠SMA驱动能够实现跳跃触发和形态恢复,最大跳跃高度和远度分别为8.67 cm和18 cm,并且可以适应不同工作面。该机器人跳跃性能优越,控制顺序简单,可为非结构化地形下完成侦察探测工作奠定基础。     

基于形状记忆合金的自主导管导向机器人设计

为提高血管介入手术的成功率和安全性,研制一种用于控制自主导管的由多个形状记忆合金(Shape memory alloy,SMA)驱动器驱动的多节蛇形结构导向机器人。针对SMA驱动的导向机器人结构和原理,提出偏置弹簧尺寸参数的估算方法,使用大挠度理论对导向机器人进行运动学分析,通过积分变换推导出SMA驱动器在已知导向机器人弯曲角度和方向下的输出力和位移,给出精确的导向机器人前端中心位置坐标。在此基础上,进一步推导SMA驱动器的尺寸参数设计计算公式,提出一套系统的导向机器人设计理论方法。利用提出设计方法研制导管导向机器人样机,并在血管模型中成功地进行模拟介入手术试验。研究成果为导向机器人的设计和分析提供了数学模型,完善了导管导向机器人的设计方法和理论。     

仿生连续体机器人的研究现状和展望

仿生连续体机器人是一种基于章鱼臂、象鼻等生物器官仿生的新型机器人,近年来正逐步成为一个新的研究热点.文中讨论了连续体机器人的运动机理和应用领域,从仿生设计、运动学、动力学与控制等方面详细介绍了其研究现状,指出了目前连续体机器人研究中存在的问题及有待深入研究的方向.     

软体机器人:结构、驱动、传感与控制

软体机器人由软材料加工而成,自身可连续变形,与刚性机器人相比具有更高的柔顺性、安全性和适应性,在人机交互、复杂易碎品抓持和狭小空间作业等方面具有不可比拟的优势。综述软体机器人的发展历程,将软体机器人归为传统绳索驱动/气动肌肉机器人、超弹性材料软体机器人和智能材料软体机器人三大类。从仿生结构和仿生运动、驱动与加工、传感与控制三个方面对软体机器人的相关科学问题以及存在的技术难点进行总结与分析。分析了软体机器人在仿生结构、抓持作业和医疗康复等领域潜在的应用价值。对软体机器人目前的发展现状和存在的关键科学难点进行了系统的总结,并得出刚柔耦合、可变刚度和驱动传感控制一体化等研究方向可能是未来软体机器人研究新的突破点。     

一种基于SMA的管道里蠕动机器人及其反馈控制

介绍了一种SMA驱动的正方体型管道机器人的结构、运动原理及控制系统.通过协调十二组SMA直线驱动器的动作,使机器人可在前后、左右、上下等六个方向上蠕动.重点分析了基于该机器人的电阻反馈控制,采用简便的反馈方式有效地防止由于过热而产生的SMA记忆性能下降.