气动软体驱动器的设计

根据人手指外骨骼关节结构,提出硅胶多腔体仿人柔性关节,设计了一种用于手部康复机器人的气动软体驱动器,详细阐述了驱动器的制作流程。采用Abaqus软件对软体驱动器进行有限元仿真,给出不同气压下的仿真图形。仿真结果表明,提出的软体驱动器的理论模型与实验数据基本吻合,相对于其他结构,整体的稳定性,抓取能力更强,为以后仿人柔性机械手的应用提供了支撑。     

网络式气动软体驱动器设计、制造与实验

采用硅胶材料设计了一种网络式气动软体驱动器,软体驱动器在通气条件下可实现弯曲变形。设计了驱动器模具,并制作了驱动器样机,进行了驱动器静力学实验与有限元仿真。结果表明：软体驱动器具有较好的柔性和灵活性,最大弯曲角度可达到323°。该研究为软体驱动器的进一步应用奠定了基础。     

软体弯曲驱动器设计与建模分析

设计一种新型软体驱动器,对其结构和弯曲原理进行了分析,利用Yeoh模型建立了适用于该类型软体驱动器的数学模型。使用Solidworks软件建立模型,并将其导入Abaqus CAE软件中进行弯曲变形仿真分析。制作了软体驱动器,并对其弯曲变形进行了实验测试。新型软体弯曲驱动器结构的理论分析、有限元仿真计算和实际实验结果较为一致,获得的弯曲角度与内部气压的关系数据可为软体驱动器的控制设计提供依据。     

颗粒驱动软体驱动器设计及FEM-DEM运动分析

颗粒物质具有流动传压和阻塞刚化的双相特性,是变刚度软体机器人的理想驱动介质.由于颗粒物质复杂的力学特性,颗粒驱动软体机器人运动预测极具挑战性.综合考虑颗粒物质的离散性和超弹软体型腔的连续性,本文提出了一种基于FEM-DEM耦合计算的软体驱动器运动分析方法.为降低颗粒充入软体型腔时的局部径向膨胀,设计了具有径向增强约束的弯曲驱动器软体型腔结构.利用FEM-DEM耦合计算方法对此驱动器的运动变形规律进行了分析,同时采用基于颗粒物质Mohr-Coulomb连续介质模型的FEM开展了对比计算.利用3D打印和硅胶浇注技术制造驱动器样机,测试了软体驱动器的运动特性及变刚度能力.研究结果表明:与基于Mohr-Coulomb模型的FEM相比,利用FEM-DEM耦合计算方法,可使驱动器弯曲角度的预测精度提高约14.3%;使用较小直径的颗粒介质可以提高机器人的变形能力;与前期研究中的原始方案相比,本文提出的径向增强约束驱动器在不削弱刚度调节能力的前提下,最大弯曲角度从48.9°提升至了72.7°.     

基于ABAQUS的气动软体径向膨胀驱动器结构优化#br#

采用ABAQUS有限元分析方法对径向膨张驱动器径向膨胀量进行了结构优化,基于Yeoh本构方程建立驱动器本体硅胶材料模型进行静力学试验与仿真试验验证其材料模型的正确性,利用ABAQUS有限元分析软件对五个结构设计因素进行了仿真分析,分析各结构因素对其径向膨胀量的影响,确定其最佳设计方案;结果表明：限制层厚度c、形变层厚度b、气室高度h、圆角R是影响其膨胀量的关键因素,最佳设计参数为限制层厚度4mm、形变层厚度2mnm、气腔数量4、气室高度12mm、圆角8mm。     

气动柔性三肌肉轴向驱动器力学性能研究

针对市场上常见直线驱动器柔性差、重量大的缺点设计研发了一种气动柔性三肌肉轴向驱动器,并对驱动器进行理论分析得出驱动力与气压、伸长量与气压的公式并搭建实验平台对驱动器的公式进行实验校核,分析理论值与实验值的差异并得出结论.研究表明轴向驱动器伸长量不变时,通入气压越大驱动力越大.轴向驱动器通入的气压不变时,伸长量越大驱动力...     

伸长型气动柔性驱动器设计与实验

设计了一种以压缩气体为动力源的伸长型"刚-柔耦合"气动柔性驱动器,驱动器采用内外嵌套结构,内部为弹性气囊,外部为约束弹簧,能有效提高驱动器刚度.为研究不同刚度的约束弹簧对气动柔性驱动器静力学性能的影响,采用实验方法研究了不同弹簧丝直径的驱动器轴向伸长变形、驱动力与工作气压的关系.实验结果表明:驱动器伸长量随工作气压的增...     

3D打印软体机器人及其传感器

软体机器人主要是由柔性材料制成,它模仿了软体生物如章鱼、蛇、蠕虫等. 由于软体机器人能够任意改变自身的形状与尺寸,其在医疗、野外勘探、物品抓持等方面具有广泛的应用前景. 3D打印作为一种新兴的制造方法,其与软体机器人的结合近年来发展迅速. 首先,介绍典型的3D打印技术及其在软体机器人主体结构制造方面的应用. 然后,讨论软体机器人各类传感器的3D打印研究近况. 最后,总结现有技术的不足之处并探讨该领域的未来发展方向.     

面向草莓抓取的气动四叶片软体抓手研制

农林业中果蔬的自动化采摘需求日趋强烈,末端抓手是实现无损采摘的关键。传统的末端抓手以刚性结构居多,现有的各种柔性抓手也存在抓取力不足、包覆性不佳等缺点。本文以草莓的无损采摘为研究对象,提出将草莓外部轮廓曲线作为设计曲线,设计了一种新型气动四叶片软体抓手。首先,对软体抓手的结构做仿真优化,提出一种安全地附着在目标物表面的设想。然后,在进行草莓表面的最小破坏应力试验的基础上,测试了软体抓手的末端力,验证了其实现无损抓取的可行性。再次,利用动态捕捉技术,研究了软体抓手叶面的弯曲变形规律。最后,选择使用弧线型气体通道的软体抓手进行了草莓抓取测试,结果证明了气动四叶片软体抓手可以实现草莓的无损抓取,抓取成功率达90%,破损率为2%,表明所研制的四叶片软体抓手用于草莓抓取时具有良好的稳定性和实用性,可用于草莓采摘的末端执行器。本研究也可为其他易损果蔬的采摘技术提供理论基础和技术支撑。     

基于Bouc-Wen修正模型的柔性关节驱动器迟滞建模

为了研究柔性关节驱动器输出力的迟滞影响,提高力控制精度,构建了柔性关节驱动力的迟滞实验台,提出柔性关节驱动器输出力的Bouc-Wen修正方法对力迟滞进行精确建模,并通过龙格-库塔-费尔贝格算法对BoucWen修正模型进行参数辨识.在Bouc-Wen模型的基础上,引入具有方向性的修正项,克服柔性关节驱动器的输出力-转角迟滞的非对称性.利用关节驱动器在60、80、100、120 kPa充气压力下的力迟滞实验数据,建立Bouc-Wen修正模型.在70、90、110 kPa充气压力下,将Bouc-Wen修正模型所预测的柔性关节力迟滞曲线与经典Bouc-Wen模型以及实验曲线进行对比.结果表明所提出的力迟滞Bouc-Wen修正模型,在各充气压力下的最大相对误差仅为7.75%,平均偏差小于0.45 N,模型拟合优度大于0.99.说明所提出的Bouc-Wen修正模型能够对柔性关节驱动器的力迟滞进行准确建模,为力闭环控制提供基础,也为其他超弹性材料柔性驱动器的迟滞建模提供参考方法.     

气动肌肉驱动步态康复训练外骨骼装置的研究

在为提高卒中病人的行走能力训练当中,广泛采用平板训练.在平板训练中,病人的下肢需要治疗师辅助进行运动.这种徒手训练对治疗师来说很消耗体力.因此,研制了一个用于步态训练的动力式下肢外骨骼装置.该外骨骼装置在平板训练中为髋关节和膝关节提供助力.外骨骼装置的结构基于人的关节驱动原理,每个关节由一对气动肌肉驱动.以气动肌肉的模...     

Design and control of integrated pneumatic dexterous robot finger

Based on flexible pneumatic actuator(FPA),bending joint and side-sway joint,a new kind of pneumatic dexterous robot finger was developed.The finger is equipped with one five-component force sensor and four contactless magnetic rotary encoders.Mechanical parts and FPAs are integrated,which reduces the overall size of the finger.Driven by FPA directly,the joint output torque is more accurate and the friction and vibration can be effectively reduced.An improved adaptive genetic algorithm(IAGA) was adopted to s...     

Design and control of integrated pneumatic dexterous robot finger

Based on flexible pneumatic actuator (FPA), bending joint and side-sway joint, a new kind of pneumatic dexterous robot finger was developed. The finger is equipped with one five-component force sensor and four contactless magnetic rotary encoders. Mechanical parts and FPAs are integrated, which reduces the overall size of the finger. Driven by FPA directly, the joint output torque is more accurate and the friction and vibration can be effectively reduced. An improved adaptive genetic algorithm (IAGA) was adopted to solve the inverse kinematics problem of the redundant finger. The statics of the finger was analyzed and the relation between fingertip force and joint torque was built. Finally, the finger force/position control principle was introduced. Tracking experiments of fingertip force/position were carried out. The experimental results show that the fingertip position tracking error is within ±1 mm and the fingertip force tracking error is within ±0.4 N. It is also concluded from the theoretical and experimental results that the finger can be controlled and it has a good application prospect.     

Development and control of flexible pneumatic wall-climbing robot

A new kind of flexible pneumatic wall-climbing robot, named WALKMAN-I, was proposed. WALKMAN-I is basically composed of a flexible pneumatic actuator (FPA), a flexible pneumatic spherical joint and six suction cups. It has many characteristics of low-cost, lightweight, simple structure and good flexibility. Its operating principle was introduced. Then three basic locomotion modes, which are linear motion, curvilinear motion and crossing the orthogonal planes, were presented. The safety conditions of WALKMAN-I were discussed and built. Finally, the control system was designed and experiments were carried out. Experimental results show that WALKMAN-I is able to climb on the vertical wall surface along a straight line or a curved path, and has the ability of crossing orthogonal planes and obstacles. The maximum rotation angle reaches 90°, the maximum velocity reaches 5 mm/s, and the rotation angle and the moving velocity of WALKMAN-I can be easily controlled.     

充气伸长型气动柔性驱动器刚度特性

为实现充气伸长型气动柔性驱动器的变刚度控制,对其输出力模型进行改进,建立气动柔性驱动器的静态刚度和动态刚度数学模型,指出气动柔性驱动器的动态刚度为静态刚度与气压刚度之和.试验和仿真研究结果表明:供气压力是影响充气伸长型气动柔性驱动器静态刚度和动态刚度的主要因素,静态刚度和动态刚度均随供气压力的增大而增大,且呈现较好的线性关系.     

新型压电步进旋转驱动器

在对驱动器机械结构进行设计分析的基础上,建立了以压电叠堆为驱动元件的精密旋转驱动的数学模型,并对所设计的驱动器样机从旋转运动分辨率、运动稳定性、旋转速度及承载等方面进行了实验测试。测试结果表明,所开发的驱动器样机旋转速度可达2990.6μrad/s、输出扭矩0.147 N.m、最小旋转步距(旋转分辨率)小于0.32μrad,运动行程为连续360°,驱动器性能稳定可靠。     

超磁致伸缩驱动器工作温升抑制的有限元分析

超磁致伸缩驱动器在工作时,温度的升高对超磁致伸缩棒的输出特性有较大影响.在分析温升对GMA输出精度影响的基础上,针对大功率、长时间工作的使用场合,引入了有限元分析方法对GMA进行热分析.分别设计了两组GMA,其中一组具有强制水冷温控系统,另一组无温控制装置.通过热分析得到了两组GMA在电流为4 A时的温度场分布,从而可用于指导热设计.     

气动软体自折叠机械臂的驱动和负载性能

提出由气动自折叠机械臂和气动关节构成的全软体空间捕获机器人方案. 基于折纸理论设计气动自折叠机械臂结构初始构型,研究气动自折叠机械臂的驱动特性和负载性能;进行气动机械臂的充气驱动试验,得到气压-伸长量关系曲线;基于非线性有限元法,分析气动机械臂驱动过程的大变形和应力应变分布. 结果表明,充气段和排气段的曲线均呈非线性变化,整个驱动过程的滞回曲线明显,验证了其充气驱动-排气自折叠的驱动特性. 通过负载能力试验和仿真分析,评估气动机械臂的负载能力. 随着设计气压不断变大,拉伸负载能力变小,滞回环变大,而抗压负载能力变大,滞回环变小. 所研究的气动自折叠机械臂为实现全软体空间捕获机器人提供技术支撑.