蠕动式气动软体管道机器人设计与实验

仿照蠕虫运动机理,利用自主研发的径向膨胀和轴向伸缩软体驱动器,研制了一种蠕动式气动软体管道机器人。研究了两种驱动器的结构设计和工艺流程;并进行了静力学实验,获得了驱动器静力学特性;依据轴向伸缩软体驱动器的形变原理,建立了机器人的运动学模型,获得了在不同气压、频率和负载情况下机器人的运动性能。结果表明,管道机器人具有较好的灵活性和适应性,可在一定直径范围的管道内自由爬行,爬行最大运动速度可达4.64 mm/s,负载能力为1000 g。     

软体驱动器研究综述

软体驱动器具有多变灵活、自适应性强等特点,近几年成为了国内外学者的研究热点。围绕近年来软体驱动器的研究进展及成果,重点分析了软体驱动器各类驱动方式的工作原理与特点。阐述了各类软体驱动器在软体机械手与软体机器人中的研究现状及在实际应用上存在的不足。综述了软体驱动器主要关键技术的研究进展及目前存在的问题,最后探讨了软体驱动器的发展趋势。     

多腔体式仿生吞咽软体驱动器的设计与制作

设计了一种软体仿生吞咽装置,其具备仿人的结构尺寸、材料性能及收缩扩张的波状蠕动运动特性,可作为食道运动机理及微型机器人在食道内驱动研究的实验平台,也为改善吞咽障碍患者吞咽安全性的研究提供了新的思路。首先,提出了环形多腔软体驱动食道的结构,并通过仿真对结构参数进行了优化,提高了结构的响应性能;其次,利用3D打印技术制备带有环形腔体的软体驱动器的浇注模具,注入混合好的液态硅胶,获得硅胶材料的软体驱动器;最后,设计研究软体驱动器气压与响应特性的试验系统,并对制备的软体驱动器进行通气实验,实验数据和仿真数据高度吻合,验证了软体仿生驱动器优化设计方法的有效性。     

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。     

基于堵塞原理的变刚度软体机器人设计与试验

软体机器人运动时具有高柔性,执行任务时又能展示出强刚度,在军事侦察、灾难救援等复杂环境探索与检测方面具有重要的应用价值。结合主动驱动的网络气动结构与被动驱动的堵塞机构的优势,提出实时变刚度的软体驱动器,研究其变刚度机理和动态建模方法。首先,提出了气动-堵塞机构耦合的软体驱动器模型;其次,利用赫兹接触模型,建立机器人运动数学模型,从理论上研究其变刚度形成机理;再次,利用有限元对气动驱动结构进行分析,研究空腔内压强、形状和大小对软体机器人弯曲角度的影响,并进行了优化;最后,制作了变刚度软体机械臂样机,验证了软体驱动器的变刚度性能与运动性能。该研究有望为变刚度软体机器人设计与刚度调控提供新的理论和技术支持。     

双作用气动软体驱动器的设计与分析

为模仿环节动物的纵肌与环肌功能，实现驱动器径向运动和轴向运动的拮抗作用，设计了一种双腔体双作用的气动软体驱动器。该软体驱动器由可实现轴向伸长运动的内腔轴向驱动器和可实现径向膨胀变形的外腔径向驱动器组成。为提高性能，软体驱动器外部结构采用了折叠方式，并通过有限元仿真分析了不同折叠参数对性能的影响。经实验测试，在0.03 MPa的通气压力下，六折叠结构软体驱动器最大轴向伸长率可达到24.2%，实现了对环节动物纵肌与环肌功能的模仿。     

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。     

面向空间站复杂环境的尖端生长型气动软体机器人设计

空间站内部具有空间狭小、仪器精密的环境特点,检修中广泛采用的刚体机器人或机械臂,存在环境顺从性差、刚性冲击大等局限性.提出一种气压驱动的仿"藤蔓"生长型软体机器人,其生长通过内部气压驱动的薄膜尖端外翻实现,并利用线驱动转弯关节实现机器人的尖端转向,这种新型的运动方式不仅使机器人具备了更加优越的运动性能,也实现了其主动控...     

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。     

面向手功能康复训练的软体机器人设计

为解决现阶段软体机器人与人手贴合较差、自由度不够、驱动力小等问题,设计了一种带有双向弯曲模块和伸长模块、可实现多个自由度独立或耦合运动的软体机器人.利用有限元仿真分析方法建立了软体驱动器模型,融合多种柔性材料,保证驱动器可以提供足够大的驱动力.利用传感器实现了对弯曲特性的跟踪.实验验证表明:该软体机器人可以完成抓握训练...     

一种柔性移动微小机器人系统的驱动力学特性分析

基于尺蠖运动的机理，本文研制了一种具有柔性移动机构的微小机器人内窥镜诊疗系统，该机器人系统采用三自由度空气压橡胶驱动器驱动，通过气囊钳位。分析了机器人系统的驱动力学特性，设计了电-气控制系统控制机器人移动，并通过该电-气控制系统实验测试了机器人系统的驱动力学特性。实验结果表明，理论分析与实验测试结果相符，该机器人系统可在软管内实现平滑柔性移动。     

软体机器人驱动技术研究进展

软体机器人是一类新型仿生机器人,具有环境适应性强、运动灵活和本体柔软性等突出优点,在空间探索、灾害救援、医疗健康等诸多领域拥有广泛的应用前景。软体机器人主要由柔性本体材料和智能驱动/传感材料构成。聚焦软体机器人的驱动技术,首先介绍了以气/液流体弹性体材料为主体的流体驱动模式;然后,对气液相共同作用下的混合气液驱动技术进行介绍;接着,围绕现有研究较广泛的电驱动技术,重点分析了电动液压技术在软体机器人领域的最新进展及应用;最后,对电/磁/光/热驱动技术及其典型应用进行了分析和讨论;同时对未来软体机器人发展所面临的困难与机遇进行了展望。     

适应不同重力环境的仿壁虎机器人运动仿真

针对不同重力环境下仿壁虎机器人的运动稳定性、运动高效协调性等问题,基于四足机器人的步态规划现状和仿壁虎机器人自身特定的机械结构,设计了仿壁虎机器人在g、0、-g 3种环境下的足端轨迹和运动步态。在ADAMS仿真软件中研究了机器人的运动学和动力学特性,得到了仿壁虎机器人稳定爬行与脚掌黏附力、足端轨迹和运动步态的关系。探讨了仿真结果的合理性和局限性,为仿壁虎机器人在实际环境中的稳定运动奠定了理论基础。     

Analysis of actuating mechanics characteristics for a flexible miniature robot system

Based on the inchworm movement, a miniature endoscope inspection robot system with a flexible structure is designed. The system is actuated by a pneumatic rubber actuator with three degrees of freedom, and it holds its position by air chambers. The actuating mechanics characteristics of the robot are analyzed. An electro-pneumatic pressure system is designed to control the motion of the robot. Results of the calculation and experiments are consistent, and the robot system can move smoothly in a soft tube.     

Modular crawling robots using soft pneumatic actuators

Crawling robots have elicited much attention in recent years due to their stable and efficient locomotion. In this work, several crawling robots are developed using two types of soft pneumatic actuators (SPAs), namely, an axial elongation SPA and a dual bending SPA. By constraining the deformation of the elastomeric chamber, the SPAs realize their prescribed motions, and the deformations subjected to pressures are characterized with numerical models. Experiments are performed for verification, and the results show good agreement. The SPAs are fabricated by casting and developed into crawling robots with 3D-printing connectors. Control schemes are presented, and crawling tests are performed. The speeds predicted by the numerical models agree well with the speeds in the experiments.     

气动网格软体驱动器弯曲变形预测方法

气动软体驱动器作为软体机器人的关键构成单元,在气压作用下可以实现弯曲运动,但目前缺乏合适的方法来研究驱动器的弯曲变形。针对该问题,在分析气动网格软体驱动器弯曲变形原理的基础上,建立了驱动器单个气囊弯曲角度的数学模型并对其弯曲特性进行了分析,进一步建立了单腔室驱动器和多腔室驱动器的弯曲变形预测模型,通过有限元仿真和实物实验验证了弯曲变形预测模型的有效性。     

软体机器人研究现状综述

软体机器人由柔韧性材料制成,可在大范围内任意改变自身形状、尺寸在侦察、探测、救援及医疗等领域都有广阔的应用前景。综述软体机器人结构类型、驱动方式、物理建模技术和加工制造方法等问题。其结构模仿生物的静水骨骼结构和肌肉性静水骨骼结构,采用形状记忆合金、气动、电活性聚合物等物理驱动方式或将化学能转化为机械能的化学驱动方式。软体机器人建模困难,主要采用试验分析或使用超冗余度机器人建模方法近似研究。制造中的问题包括柔性本体制造、柔性致动器制造以及可伸展电路的制造,采用形状沉积、激光压印、智能微结构等新型制造工艺。软体机器人是一种全新的机器人,对它的研究刚刚起步,涉及材料科学、化学、微机电、液压、控制等多学科,从材料、设计、加工、传感到控制、使用均存在着一系列问题需要继续研究。     

基于GPL模型的仿生爬壁机器人路径规划

为了研究基于GPL模型的仿生爬壁机器人路径规划问题,提出了一种适合GPL模型的路径规划方法。首先对基于GPL模型的爬壁机器人进行了简单介绍,通过对GPL模型进行运动学、静力学分析,研究了该构型攀爬运动时机器人路径对攀爬能力的影响;其次,基于足端力最优得到了GPL模型腰关节的运动曲线,实现了路径规划;最后,采用ADAMS仿真验证了分析结果的正确性。结果表明,该方法可以解决基于GPL模型的爬壁机器人路径规划问题,同时研究结果也揭示了壁虎等生物原型采用摆动爬行而不是直线爬行的运动合理性。     

缆索爬行机器人结构设计与动力学仿真

以实现缆索无损检测为目的,提出了一种用于携带缆索检测仪器的新型缆索爬行机器人的本体结构方案。机器人整体采用框架式的结构,其最主要的特点是实现了机器人爬行状态下调节抱缆力的功能。建立了抱缆力调整装置的数学模型。在AD.AMS中进行了动力学仿真分析,得到了机器人的动力学特种曲线。