新型六维腕力传感器

设计了一种新型六维腕力传感器采用有限单元法对六维腕力传感器的十字梁弹性体进行结构静力学分析,论述了该机械结构的合理性,确定了应变片黏贴的最佳位置,通过合理的应变片电桥的组桥将各维力/力矩信号转化为电压输出设计放大电路对六维电压信号进行放大,最后通过试验标定装置对此六维腕力传感器进行标定.     

双层预紧式六维力传感器动态性能的理论与实验研究

对一种新型的双层预紧式六维力传感器进行了动态性能理论分析与实验研究。首先介绍了双层预紧式六维力传感器的结构特点。建立了该传感器的振动系统简化模型,基于螺旋理论和多自由度系统振动学推导了系统的运动微分方程。经过对运动微分方程进行求解,得到了传感器的各阶固有频率。最后采用阶跃响应法对传感器样机进行动态性能实验研究,经过快速傅里叶变换得到了传感器的频率响应曲线。实验结果与理论计算结果一致,从而验证了理论推导的正确性。研究结果表明,双层预紧式六维力传感器的动态性能较好,能够满足一般工业生产中对六维力测量的要求。     

软手指抓持力的子空间分析法

针对采用软手指抓持的手——物体系统 ,通过抓持力和外力的平衡关系 ,建立起求解抓持力的关系式 .由于该问题是一个超静定力学问题 ,因此可利用子空间分析法把多维的问题转化为在几个子空间 (子流型 )的低维问题进行处理 .结合维持抓持的基本条件和手指关节力矩的限制条件 ,可很方便地确定可行的抓持力的范围 .最后 ,对最简单的对极点的抓持进行了讨论     

水下灵巧手指力传感器设计

为了实现水下灵巧手对目标对象六维力/力矩的准确测量,提出了一种新型的指力传感器模型。该传感器采用十字梁与圆盘结构组合的方式分两组各完成三维力/力矩的测量。首先对传感器的弹性体结构进行了设计和理论分析,然后基于灵敏度高、线性好等要求进行了合理的布片和组桥,从而完成了一种可以直接输出六维力/力矩的传感器的设计,解决了六维力/力矩传感器中存在的结构复杂、尺寸大、刚度低、灵敏度低等问题,可以方便地将其应用于水下灵巧手指尖处。     

6-DOF并联机器人新型力感觉系统静力学分析

通过在6-DOF(6自由度)并联机器人各个杆件上集成拉、压力传感器,组成了新型力感觉系统,建立了6个传感器受力与动平台所受合外力、合外力矩的矩阵关系,从而只需检测6个1维传感器的受力就可以确定并联机器人动平台的受力情况．在考虑杆件自身重力的情况下,着重对该力感觉系统进行静力学分析,并以6-PTRT并联机器人为例,在该机器人上集成力感觉系统．实验结果表明该方法可行．     

有效长度对单向弯曲柔性关节静力学性能的影响

为了研究不同有效变形长度对单向弯曲柔性关节的弯曲变形和夹持能力的影响规律,本文制作了五种不同有效变形长度的单向弯曲关节,设计并搭建了实验系统,进行了弯曲变形和夹持力实验研究.实验结果表明:每减少10 mm的有效变形长度,关节弯曲角度平均减小25°,关节夹持力增加1 N左右.研究结果为以后的关节优化、新型实用产品的开发奠定了基础.     

基于EtherCAT总线的六维力传感器在线解耦技术

为了克服传统六维力传感器数据采集模块体积大、精度低、缺乏数据处理功能的弊端，设计了一种体积小、精度高、实时性高、采集速度快、采集处理一体化的基于EtherCAT总线的六维力传感器数据采集模块.为了减小六维力传感器的维间耦合，开发了遗传算法优化的神经网络来对实验数据进行离线训练.利用多重随机操作来提高算法的泛化性能，并将训练好的参数移植到微控制器中进行在线解耦.通过单维和六维力传感器加载实验，表明模块可在1 ms之内完成数据的采集及处理；解耦后相对误差在0.85%以下，相对于最小二乘法解耦矩阵计算得到的精度提高了37.1%.     

连杆侧无传感器下机器人柔性关节系统的零力控制

针对机器人直接示教应用场景,提出机器人柔性关节系统在连杆侧无传感器下的零力控制方法. 引入动态LuGre摩擦模型进行关节摩擦力矩估计,采用2段四次多项式建立柔性关节系统刚度模型,基于广义动量观测关节力矩. 该方法利用刚度逆模型以及关节力矩估算谐波减速器扭转位移,结合谐波减速器运动传递特性估计连杆侧角度并计算重力矩,利用连杆动力学方程估计接触力矩. 构建期望的电机驱动力矩（包含估计的重力矩、摩擦力矩与接触力矩）,通过对该期望电机驱动力矩的跟踪实现零力控制. 在搭建的机器人柔性关节系统实验平台上进行实验. 实验结果表明,完成相同的拖动示教过程时,该方法所需要的接触力矩约为1.8 N·m. 基于重力矩与摩擦力矩补偿的零力控制方法需要接触力矩约为3.4 N·m. 功率级脱离示教所需要的接触力矩约为14 N·m,验证了所提方法的实际效果.     

一种新的计算三指机器人柔性手抓取力的方法

本文在柔性手与操作体点接触的基础上,采用旋量方法表示手指对操作体的作用力,并提出了判断手指抓取位置能平衡任意外力的条件。在指端的法向作用力满足单向性条件及切向作用力满足摩擦条件的前提下,给出了一种求解柔性手抓取力的行之有效的方法。     

一种新型柔性关节力矩传感器的设计

力矩传感器测量的力矩信息为柔性关节带来力感知能力.针对国内对于柔性关节力矩传感器的研究相对较少的现状,设计了一种用于轻型机械臂柔性关节的新型力矩传感器,建立了弹性体结构的三维模型,利用Workbench进行有限元分析,仿真结果可得弹性体的结构设计满足材料的强度要求.对所设计的传感器进行标定试验,结果表明:该新型力矩传感器静态特性良好,满足柔性关节使用要求.     

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.     

Method with repeated extraction-insertion cycles to improve the needle insertion accuracy

In order to improve the effectiveness of percutaneous diagnosis and therapies,the needle insertion into the deforming soft and inhomogenous tissue should be accurate. In this study a needle with 6 degrees of freedom force / torque sensor is used to find the relationship between the pathway’s length and the force. Our experiments show that the method with repeated extraction-insertion cycles can make the needle approach the target as much as possible. M eanwhile ! a method to obtain the appropriaterepeated extraction-insertion cycles is given to drive the needle to execute the repeated cycles efficiently. Experiments and discussions were conducted to preliminarily validate the method.     

科里奥利质量流量计密度效应研究

本文旨在通过研究传感器与被测介质之间的力学关系,提出一种科里奥利质量流量计在不同介质密度下测量误差不一致的形成机理,为提高计量精度以及误差修正提供理论依据。结果表明：以U形管科里奥利质量流量计为例,振动管水平段因扭转变形而形成速度梯度,并存在与科氏力扭转方向相反的转矩,最终造成科里奥利质量流量计的计量误差随介质密度而改变。研究了传感器在介质流动时的受力状况,建立了传感器关于密度效应的数学模型,并提出了计算公式及简化方法。     

一种水下灵巧手指端力测量方法的研究

为了实现水下灵巧手对物体安全的抓取和准确确定其在手指上的位置,需开发一种能同时测量出力的大小和位置的传感器,而且该传感器适应水下作业环境.文中采用水压力补偿技术,建立了基于圆筒式测力结构的水下灵巧手末端指节的结构模型.对该结构的测力原理进行理论分析,验证该结构的合理性并推导出测量原理方程.对末端指节进行标定实验,计算出标定矩阵.采用ATMEGA微控制器建立测量系统,在陆上和浅水环境中对该指节的力感知能力进行测试,结果显示在水下和陆上的测量结果一致,且测试精度满足目前水下灵巧手研究的要求.     

基于聚苯胺/聚乙烯醇水凝胶的柔性传感器信号解耦算法研究

结合双网络聚苯胺/聚乙烯醇复合水凝胶(PANI/PVA)各向异性的特性,设计了一种"三明治"夹层式结构的柔性传感器,主要用于管道内复杂受力情况的复合测量.并利用有限元软件验证了传感器对三维空间受力的可测性,搭建了标定试验台.因柔性传感器存在个性化参数差异及受力维间耦合等特性,在标定平台上采集了500组数据,涵盖了多方向...     

基于灵敏度变化机理的双传感器称重系统在位标定方法

称重系统传感器安装完成后,会由于传感器安装面的形位误差使得传感器受力面不一定水平,对于所承受的重力或出现偏载,灵敏度系数安装前后不再相同,一般需在位标定后方可使用。对于双传感器系统,由于各传感器安装情况不同,灵敏度系数不仅安装前后不同,而且彼此也不相同;另一方面,由于标定时加载重心位置有一定随机性,不能保证两传感器的平均受力,因而加载重量未知。偏载和加载位置随机性相互作用,使得双传感器系统灵敏度系数标定变得困难。目前常用方法是在处理电路上附加电位器等元件,通过改变原信号放大倍数使各路灵敏度相同,然后再加载标准重量完成标定。该方法需改变原电路,可能带来未知的影响,而且对于集成型的处理电路难以实现。针对上述问题,首先建立了传感器受力模型,通过受力分析明确偏载和重心位置变化对灵敏度系数的影响机理,推导了灵敏度标定算法,将双传感器系统灵敏度系数分解为耦合系数和转换系数两部分,标定时用同一标准重物在不同位置加载两次,即可完成在位标定,解决了双传感器系统灵敏度系数的标定问题,保证偏载情况下系统的测量精度。经实验验证,该方法不改变原测量电路和机械结构,标定后系统误差小于0.03%。     

基于Stewart平台的六维力传感器在风洞天平中应用

主要研究基于Stewart平台的六维力传感器在风洞天平中的应用，及其结构的优化设计。根据最小条件数准则进行运动学设计，依据力变换矩阵条件数的各向同性进行结构优化设计，并用数值算例加以验证。     

锚固预紧力与预紧力矩相互关系的研究

为了用预紧力矩表达预紧力,基于支护时锚固区围岩处于弹塑性状态的假设,建立力学模型,以托锚力和轴力为纽带,分析研究预紧力与预紧力矩之间的相互关系,得出预紧力与预紧力矩的对应数值关系及变化趋势,采用自制的"锚杆锚固传递及衰减规律试验台"开展实验研究得到了类似的结果,验证了预紧力与预紧力矩关系的数学表达式的准确性.综合研究表明:预紧力矩不大于300N.m时,预紧力与预紧力矩之间可以建立较为简便的数学表达式;在这一范围内,采用预紧力矩预测及量化预紧力,是一种较准确且易行的施工判断方式.     

双孔指力传感器的设计与有限元分析

提出了一种简单而实用的新型指力传感器,它可应用于机器人手指,检测到3个方向的荷载作用信息,并且输出相应的信号给机器人的控制系统,以控制或调节指力的大小,实现对物体的抓放等一系列行为.从传感器材料的选取,结构模型的设计,到测量电桥的设计,有限元模拟计算,最后得到测点应力的空间分布规律。结果说明双孔指力传感器在复杂受力情况下,也可准确测量各方向的荷载.