集成式五维微力/力矩传感器的研究

五维微力 /力矩传感器应用于微装配机器人操作末端的微力觉感知 ,能够同时测量三个方向的微力Fx、Fy、Fz 和两个方向的微力矩Mx 和My;测力量程± 1N ,测力矩量程± 0 .0 5N·m ;放大电路集成在传感器的本体中。应用力学理论对本体进行理论分析 ,推导出计算公式 ,求出本体的应变 ;并采用有限元分析软件进行仿真 ,分析应变 ,确定了一种适用的静态非线性标定方法     

基于压电陶瓷驱动的微操作手研究现状

微操作手是微操作机器人的重要组成部分 ,首先介绍了国内外研制的几种典型微操作手。在此基础上 ,对于微操作手的关键技术 ,从机构、驱动、传感、检测几个方面进行了论述 ,在机构上 ,介绍了微位移定位机构的特点 ;在驱动方式上 ,论述了压电陶瓷的驱动方法 ;在微位移检测上 ,介绍了几种纳米微位移检测手段。最后 ,阐述了微操作手的发展趋势 :微型化、集成化、智能化 ,达到纳米级或更高的定位精度     

柔性臂动力学模型中单杆的质量—弹性杆简化模型的讨论

多自由度串联柔性臂是强非线性系统 ,动力学模型往往很复杂 .这样的动力学模型对控制系统很难提供有效的设计依据 .因此系统模型降阶问题是柔性臂研究的热点问题 [1～ 3] .模态展开法是模型降阶中常采用的方法 .模态的求解及截断问题较复杂 .本文针对特定构型的柔性臂提出了一种简化的集中质量 -弹性杆动力学建模方法 ,并与模态展开法进行了比较 .结果表明 ,在类似的结构中这种方法有很好的精度     

欠驱动异构式下肢康复机器人动力学分析及参数优化

针对现有外骨骼机器人人机自由度不匹配和关节对中性差的问题,提出欠驱动下肢康复机器人. 欠驱动机器人只有4个直线驱动,驱动的直线运动通过推杆和人机连接机构转化为人下肢在矢状面内的屈伸运动,带动人体进行步态康复训练. 建立机器人系统的人机耦合模型,进行模型的动力学分析,对人机耦合模型中影响动力学结果的参数进行分析,建立驱动力与肢体推动力之间的关系模型,并以推力系数最大为目标进行参数分析与优化,得到最佳的结构参数. 根据优化后的结构参数搭建康复机器人实验系统,对髋、膝关节驱动力与角度进行对比. 实验结果表明最大髋关节角度误差为2.9°,最大膝关节角度误差为6.4°,最大误差均约为9%,验证了动力学模型和参数优化结果的正确性.     

基于样本熵与时频分析的手部抓握运动意图预测

针对上肢外骨骼控制信号产生与外部设备响应存在时间滞后导致脑机接口(BCI)系统实时性差的问题,采集被试手部自主抓握前运动相关皮质电位(MRCP) ,提出基于非线性复杂度特征样本熵 (SampEn)与线性幅值特征融合算法的手部运动意图预测方法. 从时频、神经复杂度分析不同大脑状态之间存在的差异,通过特征融合实现对手部抓握运动意图的预测. 基于特征融合意图离线预测准确率最高可达88.46%,可以在人体手部自主运动发生时刻?1 400 ms实现对手部运动预测. 与平静时期手部静止状态相比,被试产生手部抓握运动意图时脑电信号的功率谱与复杂度均产生明显变化,为基于手部运动意图预测提前驱动机器人实现人机协同提供控制策略.     

基于有限元方法的3-PPSR大长径比柔性并联机器人刚度模型分析

为实现较大工作空间的运动,设计了一种大长径比的3-PPSR结构的微操作柔性并联机器人.该机器人由压电马达驱动,采用大长径比柔性铰链连接,柔性铰链的变形范围在毫米级,适用于要求大变形的场合,同时具有结构简单、无奇异、无间隙、运动精度高等特点.由于系统的刚度直接影响系统的运动精度、承载负荷等性能,针对大长径比柔性铰链特点,运用有限元方法,建立了柔性铰链的数学模型,并采用整体刚度的方法,结合机构协调方程和力平衡方程,得到系统的柔性刚度模型.最后,采用ANSYS比较了所建理论刚度模型结果与有限元模型分析的结果.分析结果表明,理论刚度模型合理,符合机构的运动特征.     

虎克铰干涉判定准则及其优化设计方法的研究

以工程上较常采用的由两个相同的直棱柱式铰链架构成的虎克铰作为研究对象，给出了一组在各种尺寸关系下用来判断铰链架相对运动时是否会发生干涉的数学公式．并在虚拟样机上得到了验证。基于判定准则，还提出了一种虎克铰优化设计的新方法。     

新型集成三维微力检测微夹持器

提出了一种以压阻检测技术为基础,压电陶瓷为微驱动元件,具有两级位移放大且集成三维微力传感器的微夹持器。采用有限元软件对微操持器放大机构和传感器弹性体进行分析,并给出了传感器的标定方法。实验证明,该传感器具有无耦合、测量分辨率高、线性度好、标定简单的优点,满足了预计的设计要求,传感器最大量程为10 mN,X向与Y向的分辨率均为2.4 μN,Z向的分辨率为4.2 μN;同时也验证了所设计的微夹持器的合理性和实用性,当压电陶瓷驱动电压取200 V时,微夹持器的张合量达到最大值274 μm。     

惯性冲击式运动原理的理论分析与仿真

利用拉格朗日方程建立基于惯性冲击式驱动原理的微小型机器人的动力学模型，对该模型进行求解与仿真；利用有限元分析方法对机器人机构连行模态分析与瞬态动力学分析。两种分析方法都考虑了双压电膜机构与电场的耦合关系，以及机器人的支撑与管壁之间的接触摩擦。通过对两种方法的分析结果对比，验证了惯性冲击式运动原理的正确性，以及该原理用于管内移动微小型机器人驱动是可行的。     

基于MEMS技术的微操作三维力传感器研究

针对微操作过程中对微力觉信号的需求，以压阻检测技术为基础结合MEMS加工工艺，设计了一种用于微操作的三维力传感器，建立传感器的数学模型并用有限元分析软件对敏感弹性元件进行分析。利用悬臂梁受力弯曲变形的原理结合显微视觉技术，实现对传感器的标定，并给出了传感器的信号处理方法。实验证明，该传感器具有耦合小、测量分辨率高、线性度好、标定简单的优点，满足了预计的设计要求。传感器最大量程为10mN，x向与y向的分辨率均为2．4μN，Z向的分辨率为4.2μN。