一种集成三维微力传感器的微夹持器研制

微操作中力的检测与控制是实现无损伤操作的关键。因此,该文提出了一种以压阻检测技术为基础,集成三维微力传感器的微夹持器。传感器标定实验结果表明,该传感器具有耦合小,测量分辨率高,线性度好的优点。传感器量程为-10~ 10 mN,在x、y向的分辨率均为2.4μN,z向的分辨率为4.2μN。微夹持器采用压电陶瓷驱动两级柔性放大机构,实现张合量300μm,完成了微夹持实验。     

基于压电陶瓷驱动的并联微动机器人应用现状

介绍了具有刚度大、承载能力强、位置误差不积累等特点的并联微动机器人,在应用上与串联机器人呈互补关系,已经成为微动机器人领域的研究热点。随着科学技术的发展,许多领域越来越迫切地需要微型系统或微动系统。目前,并联微动机器人已经在航天、航空、制造业、计算机辅助医疗设备、生物工程以及微机电系统等方面有着广泛而重要的应用。     

微操作中力的检测及控制

微操作过程中,操作对象的特征尺寸通常小于1 mm。由于尺度效应和表面效应,操作对象本身的重力和惯性力不再起主导作用,粘附力作用成为影响微操作成败的关键因素。这就导致了单靠宏观上的操作技术不能充分解决微观领域操作问题。该文在论述微操作过程中粘附力作用机理的基础上给出了一些微操作过程中有关力的检测、控制的可行方法。     

基于扩展卡尔曼滤波的两轮机器人姿态估计

针对两轮自平衡机器人惯性传感器存在误差的问题,提出基于扩展卡尔曼滤波的方法进行补偿,从而实现机器人姿态的最优估计.利用实验获得的惯性传感器误差特性,采用Levenberg-Marquardt非线性最小二乘迭代法拟合数据,从而建立机器人导航用惯性传感器陀螺仪和加速度计误差的数学模型,并对误差进行标定.采用扩展卡尔曼滤波将传感器的数据进行融合并对误差进行补偿,得到机器人姿态的最优估计.将滤波后的模型应用到两轮自平衡机器人系统,实验结果表明改进后的系统误差得到了有效的抑制,从而验证了采用低成本的惯性传感器进行机器人的姿态估计是有效可行的.     

基于中间件技术的多机器人遥操作的虚拟环境

当操作者通过Internet网络控制远端机器人时,结构合理的虚拟操作环境可以增强远程控制能力,良好的网络通信能力可以保证操作意图的有效性.首先阐明了虚拟操作环境在多机器人网络遥操作系统中的重要作用,然后分析了以CORBA(公共对象请求中介体系结构)/Java技术融合为基础的中间件技术的特点,及其在实现分布式虚拟环境过程中的通信作用.在进行虚拟环境(VE)结构分析的基础上,通过定义VE中的客户类和服务器类,利用统一建模语言(UML)图形化表达了VE框架的内在关系.通过在VE中实现销孔装配实验,表明通过融合CORBA/IIOP的网络互操作性和Java的可移植对象结构,可以有效实现网络对象通信;所建立的VE具有良好的人机交互能力,可以保证操作者预期的操作要求和在Internet网络中实现多操作者实时协作和并行操作能力.     

5 DOF穿戴式上肢康复机器人控制方法研究

提出了一种面向偏瘫患者,可实现单关节和多关节运动的5自由度穿戴式上肢康复机器人的控制新方法.根据偏瘫患者上肢单侧受损的特点,该机器人利用偏瘫患者的健肢运动的表面肌电信号(sEMG)驱动康复机械臂辅助患者患肢实现康复训练.利用肌电绝对值积分(IAV)和自回归参数模型法(AR model)对选定的上肢四块肌肉运动产生的sEMG信号进行分析,所提取的特征分别作为基于Levenberg-Marquardt算法的反向传播神经网络的输入,6个上肢运动作为输出建立表面肌电信号与上肢康复动作之间的关系.试验结果表明该方法利用sEMG准确地完成了对上肢康复动作的识别.这一方法有利于提高患者运动积极性,保持正确运动的感觉,并为研究患者受损上肢表面肌电信号与肌肉运动的关系打下了基础.     

HIT/DLR仿人假手拇指机构的研究

为了使假手在外观和抓握方式上更加仿人化，基于欠驱动原理系统地设计了仿人假手的拇指．它由一个电机驱动，2个关节组成．其设计和以往假手的拇指有较大的不同：倾斜于手掌放置，其电机、带轮和谐波减速器全部嵌入在手掌内部；可以在抓握时沿空间上一锥面运动；将欠驱动原理在手指的运用上，从平面运动拓广到空间的运动．这使得假手拇指在外型和运动方式上和人的拇指极其相似．并对拇指的空间连杆机构进行了运动学分析，以确定其结构参数．实验表明，所设计的仿人拇指和人的拇指极其接近，并且在抓握时和其他手指配合，具有很强的自适应能力，能够实现对复杂物体的包络、精确抓握和力量抓握．使该假手更加美观、仿人、实用．     

爬壁机器人的力学分析与实验

运用键图理论建立了爬壁机器人负压吸附动力学过程模型,并对其进行了仿真及实验分析.针对爬壁机器人的特点,对负压吸附系统的技术要求进行了详细分析,设计了高效率负压吸附系统.在对负压吸附系统进行合理的假设和流体力学分析的基础上,运用键图理论针对不同物理域具有参数等效的特点,把负压吸附流体系统参数等效为机械动力学中的力、位移、刚度和阻尼;负压吸附动力学模型等效为一阶的机械系统,建立了键图模型,应用20sim软件进行仿真.仿真结果显示,爬壁机器人负压吸附过程在负压形成过程中是一阶响应过程,系统响应时间为1.5 s.最后进行了试验测试,测试结果证明了所建立模型的正确性.     

未知不平整地面上的双足步行稳定控制

 针对未知的不平整地面环境,提出了双足机器人稳定步行控制算法,该算法由步态规划和传感器反馈控制两部分组成.采用被动倒立摆模型设计双足机器人的步态,使得双足机器人能够自然、节能的稳定行走.实时反馈控制用来适应地面环境的凹凸不平以及处理外部环境的扰动.控制器包括上身姿态控制、期望ZMP控制以及非线性落地控制三部分.双足机器人机构柔性的存在对机器人稳定性以及控制效果造成很坏的影响,甚至使反馈控制造成负面的效果,因此柔性的影响也被考虑到步行控制器的设计当中.利用双足机器人不平地面上的步行实验验证所提出步行控制算法的有效性.     

新型机器人视觉系统准直相干光束的获取

论述了一种新型的机器人视觉系统所用激光准直光束的获取方法，分析了半导体激光束的像散椭圆高斯光束特性，设计了光束准直系统的光学结构，利用光斑法对准直度进行了检验。实验证明利用这种方法获取的直光束符合该视觉系统的要求。