无系留大负载软体抓持机器人研究发展综述

受软体材料、制造工艺、核心部件的限制,大多数的软体机器人负载能力较低,不能随机携带控制和能量硬件系统,不得不通过管路和线路系留在外部硬件上,这严重限制了软体机器人的作业范围和应用领域。在众多的软体机器人中,软体抓持机器人发展较快,主要包括两类:一类是软体末端,主要配合机械臂、水下机器人、无人机、人体等完成抓取任务;另一类是以抓持功能为主兼具位姿变换功能的运动软体夹持器,实现了自身抓持结构特性与运动功能的巧妙融合。针对软体机器人技术领域无系留与大负载的共性话题,聚焦应用前景广阔的软体抓持机器人,从无系留驱动与系统集成、负载力提升等方面分析了软体抓持机器人发展过程中所取得的显著成果和存在的不足之处,系统总结了无系留大负载软体抓持机器人研发技术和面临的主要挑战,为软体抓持机器人发展方向与性能提升提供参考,推动软体机器人进入实际应用领域。     

软体机器人流体驱动方式综述

软体机器人是由柔性材料制成的新型机器人,具有刚度小、柔顺性高等特点,其运动性能、应用环境范围主要取决于驱动方式。目前的驱动方式主要有流体驱动、线驱动、形状记忆合金驱动、电活性聚合物驱动、混合驱动等,其中流体驱动由于其形式的多样性、响应的快速性、高承载性而受到青睐。根据流体驱动介质的不同,将软体机器人流体驱动方式分为气压驱动、液压驱动、微流体驱动等,同时进一步根据气压驱动的结构类型将其分为纤维编织型、螺旋型、网格型、折纸型和特殊型等;介绍了目前流体驱动的软体机器人制造技术,分析了软体机器人流体驱动方式面临的一些问题,并提出了其未来发展方向。     

仿生软体驱动器的研究综述

软体驱动器是智能和交互式软体机器人的核心部件,由于其高度的灵活性、良好的环境适应能力以及安全可交互等优势,被广泛应用于工业、农业、医学、救护和公告服务等领域。研究人员通过对生物的模仿制造出了各种类型的软体驱动器。围绕国内外近些年来软体驱动器的研究成果,介绍了国内外软体机器人中所采用的软体驱动器技术的基础研究发展现状;针对软体驱动器的基本特性对其进行了系统归纳分类,介绍了各类型软体驱动器的基本工作原理,介绍了各种软体驱动器各领域的的应用现状以及各种类型驱动器的优缺点和在实践应用中存在的问题;对软体驱动器未来的发展趋势进行展望。     

软体机器人3D打印制造技术研究综述

基于弹性、软质材料的软体机器人变形能力强、人-机-环境共融性好,在工业、医疗、家庭服务等众多领域具有良好的应用前景.软体机器人是本体、驱动、感知等高度集成的新型机电一体化智能系统.软体机器人呈现的诸多新特征给机器人领域的制造、驱动、建模、感知及控制等技术带来了全新的挑战.软质材料3D打印技术与装备的快速发展为软体机器人制造实现提供了有力支撑.首先,介绍了主流软质材料3D打印技术的基本原理与特点,包括熔融沉积成形、直接墨水书写、喷墨打印、光固化成型和选择性激光烧结3D打印技术.然后,针对软体机器人一体化制造发展需求,介绍了多材料3D打印、4D打印、嵌入式3D打印等前沿技术.最后,介绍和分析了国内外基于3D打印技术的软体驱动器和柔性传感器经典案例,结合控制-传感-驱动一体化的类生物结构软体机器人发展需求,预测了未来3D打印技术主要发展趋势与技术挑战.     

软体足式机器人驱动、建模与仿真研究综述

软体足式机器人因其优越的移动性能及面对复杂地形的通过能力受到越来越多研究者的关注。由于受到材料性质、驱动方法及制造工艺等多方面的限制,如何实现软体足式机器人的创新结构设计,提升软体机器人的运动速度和负载能力是目前亟待解决的问题之一。综述从仿生结构与驱动方法的角度对目前软体足式机器人的研究发展进行了系统阐述。由于软体机器人多为连续变形结构,加之软材料的物理非线性和软结构变形的几何非线性,力学建模与仿真一直是软体机器人研究领域的瓶颈。梳理了目前软体机器人的主要建模理论,总结了软体机械臂的建模与控制方法,进一步将其拓展到软体足式机器人的系统建模中。介绍了传统商业软件的应用与物理仿真引擎开发的进展,分析了软体机器人虚拟仿真的主要方法,展望了软体足式机器人的应用场景与未来研究方向。     

电活性双稳态机构及其在软体机器人中应用的研究进展

电活性双稳态机构兼具电活性材料的仿人工肌肉快速电致变形能力及双稳态机构在两个位置上精准定位的特性,是新一代具有主动响应能力的机械机构,在航空航天、医疗康复、生物仿生等机器人领域中具有重要的应用前景。综述梳理和分析近十五年内电活性双稳态机构的研究成果,按照运动方式可分成面内运动与离面运动,按照结构设计可分成一体化与非一体化。通过增加额外的机械机构,可将电活性双稳态扩展为三稳态,将静态驱动扩展为动态谐振驱动。基于电活性双稳态机构的软体机器人具有更精准的位移输出和更迅速的运动响应,可实现多物体的自适应抓取、仿生弹舌驱动,变刚度等功能,以及发展具有在陆地、水下和空中的运动的柔性软体机器人。目前的电活性双稳态机构在设计方法、控制机制、稳态状态调控、制造技术中存在诸多前沿问题,需要机械、力学、材料等多学科知识的交叉融合。     

气动软体爬行机器人驱动方式的分析与实验

为研究基于蠕动原理的仿生爬行机器人运动,以气动弯曲驱动器和伸长驱动器为机器人主体,设计了一种软体爬行机器人。针对爬行机器人在平面及管道中的运动,根据爬行机器人的力学特性和运动过程中摩擦力与驱动力之间的关系,分析了爬行机器人实现爬行运动的条件,提出了爬行机器人驱动方式。通过实验,验证了所提出的驱动方式能够实现软体爬行机器人的移动,为今后软体爬行机器人的研究及应用提供了基础。     

4D打印技术在软体机器人制造中的应用综述

软体机器人由高软弹性、高韧性材料构成,可大范围改变自身形状以及运动形态,理论上拥有无限个自由度,由于自身可移动性和体积紧凑性,在侦察、勘探、救援以及生物医疗领域具有良好的应用前景.4D打印是基于3D打印的基础上增加时间维度,通过在打印过程中预编程,使智能材料可以通过外部刺激在设定时间内变成所需形状.采用4D打印技术设计...     

模块化软体机器人多模式运动分析

近些年社会经济发展步伐加快,机器人的重要性日益凸显.传统机器人在帮助人们的同时,自身问题逐渐暴露出来.软体机器人能够适应各种复杂环境,俨然成为人们的得力帮手.文章设计一款由6个模块构成的软体机器人,可完成10种运动模式,以供相关人员参考.     

形状记忆合金螺旋弹簧的设计

从形状记忆合金应力、应变、温度的数学模型出发,考虑到形状记忆效应最佳时的临界变形量,提出了形状记忆合金螺旋弹簧及形状记忆合金驱动器的设计方法和步骤。针对形状记忆合金螺旋弹簧设计的复杂性和几何参数的不确定性,介绍了以Ｄ／ｄ３＝πτ／８ＫＰ为约束条件的满应力优化设计法。     

SMA 微型机器人的结构设计与分析

使用所研制的推挽式直线位移型和转动关节型ＳＭＡ驱动器代替传统的伺服驱动系统，研制了一台三自由度（两个旋转自由度和一个直线自由度）且带末端夹持器的微型平面关节机器人。本文将介绍微型机器人的结构设计，分析其机构运动及主要特性指标，并进行结构的强度校核验算，再对微型机器人进行运动学和动力学分析。     

新型SMA纤维驱动器的结构、建模与仿真

介绍了一种新型的形状记忆合金 (SMA)纤维驱动器 ,这一驱动器由预压缩弹簧连接的若干圆盘构成 ,圆盘周围对称编织多根 SMA纤维。依靠 SMA纤维的相变回复力与压缩弹簧的弹力完成驱动器的往复动作。这一结构有效地克服了 SMA的主要缺点 :形变较小 ,使驱动器的力与位移之间的转换更加高效。还给出了一种仿真模型 ,可以评价一给定驱动器的特性 ,同时也可在给定驱动器的力、位移、速度等条件下决定该驱动器的几何结构。最后 ,对单个驱动器与差动排列的驱动器对的实验和仿真结果进行了分析     

Cu基形状记忆合金弹簧热机性能研究

论述了形状记忆合金 (SMA)弹簧驱动元件的应力、应变、温度和相变之间的关系并对铜基形状记忆合金螺旋弹簧进行了系统的测试。对试验结果及其机理进行了系统分析 ,试验结果表明 ,SMA弹簧元件在 3种基本使用状态下的应力—应变—温度关系呈现非线性 ,设计中不能直接应用虎克定律。测试结果为进一步揭示SMA驱动特性及设计SMA驱动元件提供了参考依据。     

SMA智能复合材料连接接头钉载自适应分配研究

利用形状记忆合金丝 (SMA)的热 -力耦合特性 ,将 SMA丝埋入复合材料多钉接头钉孔周围 ,通过控制电流 ,加热 SMA丝使之产生回复力 ,从而改变被连接件的钉载分配比例。经过对算例的计算分析 ,证明本文所提方法对改善钉载均匀化程度有显著效果。     

雷达底座机器人焊接的模拟仿真

雷达底座是整个雷达天线系统中的重要部件,使用KUKA Sim Pro仿真软件,对雷达底座进行了机器人焊接的模拟仿真,并与现场实际的焊接过程进行了对比分析,证明了仿真软件的模拟仿真结紧可以用于指导实际产品的机器人焊接。     

绳牵引并联机器人完备干涉判定条件推导

为克服以往因干涉分类不清晰、推导不完备而造成的在绳牵引并联机器人干涉计算中所存在的误判和漏判问题,推导包括各类干涉情况的完备判定条件并提出干涉求解策略。在明确干涉分类的基础上,根据绳与绳以及绳与末端执行器边缘之间公垂线垂足位置关系的各种情况,推导绳与绳干涉以及绳与末端执行器边缘干涉的数学判定条件;证明绳与末端执行器面干涉的充分必要条件。在此基础上,提出一种适用于绳牵引并联机器人的干涉求解策略。通过对一个典型的绳牵引并联机器人的干涉问题进行求解与对比分析,表明所导出的完备干涉判定条件可较传统方法更合理地确定干涉区域,从而为更准确地实施绳牵引并联机器人的控制奠定了理论基础。     

ACTIVE ROBOTIC ENDOSCOPE FOR MINIMALLY INVASIVE SURGERY

A robotic endoscope is mainly composed of a tactile array sensor, soft mobile mechanism for earthworm locomotion and turning mechanism based on shape memory effect. The tactile array sensor can provide the information about magnitude and orientation of interacting forces between the robotic endoscope and the wall of gastrointestinal tracts. The soft mobile mechanism contacts gastrointestinal tracts with air-in inflatable balloons, so it has better soft and non-invasive properties. The turning mechanism can be actively bent by shape memory alloy components and conform to the complex shape of gastrointestinal tracts. The working principle of robotic endoscope is dealt with.     

形状记忆合金梁的非线性弯曲变形

形状记忆合金(Shape memory alloy,SMA)梁作为一种新型智能元件,在工程领域的应用日益广泛。基于实测的形状记忆合金材料应力-应变关系曲线及梁的大变形理论,同时考虑SMA材料拉压力学性能的不对称性及简支端移动等因素,建立形状记忆合金梁非线性弯曲变形的控制方程,并采用打靶法、辛普森数值积分等方法对方程进行数值求解。通过梁在不同载荷条件下的挠曲线以及最大挠度—弯矩曲线,分析材料非线性、几何非线性及简支端移动3个因素对SMA超弹性梁弯曲变形的影响规律。结果表明:梁中性层位置随弯矩变化;弯矩较小时,材料性能是线性的,几何非线性及简支端移动对梁的弯曲变形几乎不产生影响;弯矩较大时,材料性能是非线性的,几何非线性及简支端移动对梁的弯曲变形产生明显影响。