基于草莓轮廓曲线的单指软体采摘抓手设计与优化

针对草莓采摘过程中的无损抓取作业需求，改进传统三指软体抓手的结构，基于草莓外部轮廓曲线设计新型单指软体抓手. 基于Abaqus仿真软件对单指抓手完成结构优化，提升弯曲性能，实现软体抓手的完整包裹效果. 改进制造工艺，有效提升单指抓手的重复使用率和安全性. 利用高速摄像机和动态捕捉技术，分析单指抓手上下端面的弯曲变形规律. 测试草莓表面的最小破坏应力和单指抓手的末端力，验证了无损抓取的可行性. 将单指抓手安装在机械臂上进行草莓抓取测试，在模拟草莓自然生长状态时，抓取成功率为80%，破损率为7.5%. 结果表明，气动单指软体抓手可以实现草莓的无损抓取.     

水果被动抓取末端执行器的结构设计

针对一种水果被动抓取末端执行器,提出一种以简单的曲柄滑块机构完成机械手对各种水果抓取的设计思想,通过近似苹果轮廓的抓取手指,并添加抓取力控制精确的柔性缓冲装置,可满足多种水果的抓取,能很好实现多种水果分拣和采摘作业。首先通过对苹果果实生长形态参数和果肉硬度力学参数的分析,优化抓取手指结构以及对抓取性能进行力学模型分析和验证,然后对柔性缓冲装置进行改进,使其满足不同品种水果的抓取力要求,扩大了抓取对象范围。结构优化校核和机构运动仿真表明,该设计可以实现对水果的无损抓取。     

用于康复训练的分段式气动软体驱动器

针对手指康复训练中软体驱动器贴合度低、灵活性差、运动传递不准确等问题,基于仿生原理设计分段式气动软体驱动器. 通过3个具有锯齿结构半波纹管气囊实现软体驱动器的分段弯曲,嵌入柔性应变传感器实现软体驱动器本体感知. 建立半波纹管气囊弯曲变形数学模型,借助有限元分析对半波纹管气囊进行分析,研究壁厚、波纹宽度、波距和波纹数目对该气囊弯曲性能和末端输出力的影响,选取软体驱动器尺寸参数. 采用3D打印技术及失蜡铸造工艺,制作分段独立驱动的软体驱动器. 特性测试结果表明：分段式软体驱动器最大弯曲角度为302°,末端输出力为3.33 N,能够带动手指进行分关节康复训练,内嵌的柔性应变传感器可以实时监测软体驱动器弯曲状态.     

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。     

航空发动机叶片叶型无损检测气动试验研究

本文用气动检测法,对航空发动机叶片叶型进行无损检测,对发动机基元叶型生成技术、三维叶片优化设计方法,表面气流参数分布准则及气动性能与型面几何形状匹配,数值模拟方式及叶型研究和分析的方法进行测试,验证了方法的有效性,完善了叶片设计方法,创新了叶片叶型检测的理论与实践。     

一种新型草莓采摘机末端执行器的设计与实现

设计一种人工操作辅助采摘推行的草莓小车,重点对采摘末端执行器进行设计与分析,该装置主要由送料和传动结构、采摘末端执行机构、果实收集机构和车体组成,以微型电机为动力源,刀片和同步带组合,实现草莓根茎的切断、果实夹持、输送、收集的一体化作业,该机器的研制可以提高劳动效率,同时也为解决同等问题提供一种验证手段.     

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.     

智能搬运机器人末端夹持机构研究

以自主研发的智能搬运机器人样机为研究对象,设计一种机械臂末端抓取腕表的夹持机构,通过ANSYS软件仿真验证其结构合理性,根据夹持力与抛光力的关系,对表壳在30N抛光力条件下进行仿真分析.结果表明,表壳未发生变形,进一步验证结构合理性.     

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.     

风机叶片设计二次开发与气动性能仿真

为了提高叶片设计的精度和效率,根据风机叶片设计的相关理论和方法,对叶片气动外形设计进行研究.以20 kW风机叶片为例,在Wilson法的基础上,利用VB、VC++等编程语言在SolidWorks平台上开发叶片气动外形设计及建模的应用系统.根据输入的设计参数自动生成叶片的三维实体模型,省去了以往设计过程中生成的大量数据的转换和存储,实现叶片的高效,智能化设计.为了对设计结果进行评估,同时验证设计的有效性,针对设计好的叶片模型进行流场仿真分析.结果表明,提出的叶片设计与建模方法能够有效提高风能利用率,缩短风机叶片设计周期,可用于企业对叶片的设计研发,并为叶片结构有限元分析和优化设计平台奠定基础.     

A soft gripper of fast speed and low energy consumption

Grasping of complicated objects is an active research area which is developing fast throughout the years. Soft grippers can be an effective solution, since they are capable of holding workpieces of various shapes and interacting with unstructured environments effectively. Soft grippers generally consist of soft, flexible and compliant materials, which are able to conform to the shape of the object so that the gripper will not deform or bruise the soft object. Fast grasping of objects with various sizes and shapes remains a challenging task for soft grippers. In the present article, a soft gripper based on bi-stable dielectric elastomer actuator(DEA) inspired by the insect-catching ability of the Venus flytrap, is designed. This soft gripper can achieve good performances in grasping various objects by a simple actuation system. The gripper can switch from one stable state to another when subject to an impulse voltage of 0.04 s. The time duration for each grasping action is 0.17 s, and no continuous voltage is required for holding the gripped object. Thus, energy consumption can be achieved as low as 0.1386 J per grasping action. The mechanism of achieving bi-stable states is related to the duration of impulse voltage applied and the resonant frequency of the structure. The present study demonstrates that bi-stable dielectric elastomer actuators are capable of achieving fast speed for grasping with very low energy consumption, which is significant in the applications to soft grippers and biomimetic robots.     

光学元件亚表面损伤深度的无损荧光检测方法

为了实现光学元件亚表面损伤的低成本、快速、准确检测,提出一种光学元件亚表面损伤深度无损荧光检测方法.在研磨和抛光加工过程中添加纳米荧光量子点溶液作为标记物,量子点受到激发光辐照后能够产生荧光现象,然后利用激光共聚焦显微镜进行逐层扫描以获取被测样品不同深度处的切片图像,当扫描深度达到某一特定值时,荧光强度开始由强变弱,通过特征点荧光强度的变化最终确定光学元件的亚表面损伤深度.自行开发了亚表面损伤深度无损检测软件,检测软件具有图像阈值处理、亮点自动识别、图像显示和曲线表征等功能,可以实现光学元件亚表面损伤深度的快速无损检测.将无损检测结果与损伤性检测结果进行了对比分析,结果表明两种检测方法相对误差在10%以内,验证了提出的无损荧光检测方法的有效性.     

基于施工数据的TBM支撑推进协调控制系统

针对全断面硬岩隧道掘进机（TBM）在较强推进负载冲击下撑靴打滑、偏软岩层段靴体压溃侧壁围岩等问题,提出基于推进力限定和支撑力恒定的支撑推进控制系统（TFRSFCGT）,以及基于掘进方向推进分力恒定和支撑力恒定的支撑推进控制系统（TFCSFCGT）. 建立TBM支撑推进机构力学模型,推导支撑油缸输出力、推进油缸输出力和支撑处围岩类别的耦合关系,设计2种基于新型控制策略的电液控制系统,利用AMESim软件和Matlab软件分别搭建液压系统模型和控制系统模型,最后搭建电液联合仿真模型. 仿真结果表明：TFRSFCGT系统和TFCSFCGT系统在提供系统所需推进力的前提下,能保持围岩实际所受支撑力恒定,最大超调量别为0.928%、0.378%;在相同负载特性下,TFCSFCGT系统掘进速度更快,而TFRSFCGT系统对负载冲击顺应性更强.     

基于接触的水下夹桩器压块齿非线性有限元分析

水下夹桩器是一种广泛应用于海洋石油平台建设的液压夹具。基于扩展的拉格朗日算法,使用ANSYS软件对钢桩和夹桩器压块齿的接触问题进行了数值模拟受力分析,获得压块齿实际工况下的接触压力及其挤压变形等结果。并将该结果与理论计算结果进行了比较,计算结果满足工程要求。分析结果显示,将有限元接触分析技术应用于水下夹桩器压块齿的设计是一种有效的方法,为水下夹桩器压块齿结构进一步改进,提供了理论依据。     

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。     

超声回弹综合法混凝土无损检测试验研究

混凝土无损检测的方法比较多,通过试验对比超声回弹综合法混凝土无损检测是比较可靠的方法之一,无损于建筑物或构筑物,可以由表及里地检测混凝土的强度和密实度,并由此得出混凝土测强曲线.     

软土地层中压入式沉井下沉的土塞效应及其影响

针对软土地层中压入式沉井的下沉稳定性控制问题,基于土塞形成机理推导出土塞高度的计算表达式,采用耦合欧拉-拉格朗日法（CEL）模拟沉井的动态压入过程,分析下沉中的土塞演化过程及土体应力、应变场,探讨土塞效应对沉井侧摩阻力和刃脚阻力的影响. 结果表明：在软土地层中,土塞高度的计算表达式能够较准确地得到下沉时的井内土塞高度;沉井压入下沉时土塞效应逐渐增大,在下沉深度约为25 m时变化趋势放缓,土塞率(PLR)约为0.56,土塞增量填充率(IFR)约为0.41,土塞为不完全闭塞;土塞效应引起的井内土体水平和竖向应力激增及土体等效塑性应变主要集中于有效土塞高度范围内;土塞效应会使沉井侧摩阻力尤其是内壁侧摩阻力显著增大;土塞效应会使沉井刃脚阻力增大,尤其在软弱地层中最明显.     

面向微操作的组合式微夹持器

基于宏微结合的设计思想,提出一种组合式微夹持器结构.采用微直线电机机构实现毫米级的宏运动,采用双晶片压电悬梁机构实现微米级的微运动.介绍组合式微夹持器的组成原理并对压电悬梁形变特性进行了有限元分析.在此基础上,开发微夹持器宏微控制系统,实现了微位移闭环控制.测试实验表明,该微夹持器具有结构紧凑、操作空间大、精度高的特点.     

气动柔性五指机械手运动空间与抓取实验研究

设计了一种气动柔性五指机械手,采用单驱动型和多驱动型单向弯曲柔性关节作为单自由度手指关节,可完成多自由度抓、握、捏等人手灵活动作;搭建机械手运动学实验平台和抓取实验系统,利用3D运动捕捉系统,得到了机械手各手指运动空间,机械手可稳定抓取日常生活中不同外形和质量的物体,验证了其有类似人手的抓取能力。实验结果表明：机械手各手指基本完成了设计要求,实现各自抓取功能,具有良好的柔顺性和适应性。