人工肌肉构成的多自由度柔性弯曲关节的模型研究

该文提出一种由压缩空气驱动而轴向膨胀的人工肌肉,采用圆杆弹簧为柔性骨架,多个人工肌肉可构成多自由度柔性弯曲关节。文中给出了关节的结构,介绍了手指关节的气动原理与控制方法,分析了弯曲角度与弹性体内腔气体压力的静态模型,得出了数学模型的数值解。     

大柔性灵巧手指弯曲仿真研究

针对传统机器人灵巧手弯曲柔性度不足等问题,提出了一种新型气动柔性弯曲关节—大柔性灵巧手指。为验证大柔性灵巧手指转角静态模型的正确性,首先,将该手指等效为悬臂梁,然后,通过ANSYS仿真软件模拟了手指在不同内腔气压下的弯曲模型,建立了手指弯曲角度与内腔压力的仿真关系曲线,结果显示该仿真关系曲线与手指转角静态模型曲线基本吻合;最后,通过实验研究得到了手指实际弯曲角度与实际内腔压力之间的数据关系,并通过Matlab软件整理仿真与实验数据得出了理论弯曲曲线与实际充放气曲线对比图。研究结果表明,该大柔性灵巧手指转角静态模型是正确的,这可为以后手指的进一步研究奠定一定的理论基础。     

板弹簧柔性手指关节弯曲的模型研究

提出一种波壳伸缩的手指关节,多关节的手指可组合成操作机械手。此关节采用板弹簧为柔性骨架,波壳弹性体受气压后轴向膨胀作为肌肉动力,关节的弯曲角度与弹性体内腔的气体压力有关。给出了关节的结构,介绍了手指关节的气动原理与控制方法,并分析了关节弯曲变形的静态模型。由此得出在受一大小变化的力偶和一大小、方向不断变化的切向力的共同作用下,悬臂梁大挠度变形的数学模型与数值解。     

气动柔性扭转关节静态模型

基于气动柔性驱动器(Flexible pneumatic actuator, FPA)研制一种气动柔性扭转关节,该关节主要由两个弧形的FPA组成,向这两个FPA充入压缩气体,关节转过一定的角度。分析扭转关节中FPA壁厚变化规律,对单个FPA的自由端进行力矩平衡分析,建立该关节的静态模型,构建试验系统对气动柔性扭转关节进行压力转角关系试验。试验结果与仿真曲线存在一定误差,分析影响扭转关节静态模型准确性的因素,并根据试验结果对扭转关节的数学模型进行修正,得到的修正模型能够较好地描述关节的充气过程和放气过程。     

基于FPA的气动柔性手指康复器及其控制系统

针对现有手指康复器在柔顺性、适用性和安全性方面存在的不足,基于气动柔性驱动器（FPA）设计了一种气动柔性手指康复器,以采用压缩气体驱动并以橡胶材料为主体设计的基于FPA的柔性弯曲关节代替传统的纯机械式结构。根据手指康复器仿生康复的任务要求,设计具有三大模块的控制系统：模式识别模块负责通过采集和分析手指表面肌电信号(sEMG)对主体的动作意图进行识别,并生成康复运动训练方案;角度反馈模块采用AS5045芯片实时检测康复器运动状态并将数据信息反馈至主控制器;主控制模块控制上述训练方案和康复器运动状态实时反馈信号以驱动康复器完成运动训练。实验结果表明,康复器两个关节弯曲期望值为15°和30°时的稳态误差小于0.6°,提出的控制系统能很好地完成sEMG的识别、康复器运动信息检测与反馈和康复训练任务,证明了手指康复器及其控制系统是可行的、有效的。     

双向主动弯曲气动柔性关节力学特性分析

该文采用所开发的伸长型气动人工肌肉,研制了一种具有双向主动弯曲功能的气动柔性关节.针对该柔性关节进行了轴向变形和弯曲变形理论分析,获得了输入气体压力与关节变形之间的数学公式,并进行了关节变形实验研究,为该类柔性关节下一步动力学分析和运动精度控制打下了基础.     

气动式柔性限自由度机械手指

介绍一种气动式柔性限自由度机械手指,多个手指可组合成操作机械手。机械手指的各关节采用圆柱或圆锥弹簧为柔性骨架,圆柱或圆锥弹性体受气压后膨胀作为肌肉动力。关节弯曲角度和抓握力与关节内的气体压强有关;采用弹性结构的关节,缓冲性好;限制了关节的自由度,使关节不会侧弯。文中给出了手指的结构、气动原理与控制方法。     

气动柔性五自由度手指的神经网络控制

基于气动柔性弯曲关节和球关节,设计了仿人类大拇指的五自由度气动柔性手指,通过对手指运动的分析,建立了手指控制模型。根据BP神经网络算法对手指进行控制,通过位置控制网络层计算驱动气压,并作为下层网络的输入,驱动器控制网络层控制数字比例阀的输入电压来控制手指的驱动气压,实现对手指的控制。系统仿真和实验结果表明,该算法能很好地实现手指运动的精确控制。     

一种柔性手指的建模研究

提出了一种新型的气动弯曲关节。用这种弯曲关节构造了一个柔性仿生手指。建立了手指的静态模型,实验证明了该模型的正确性。给出了手指的动态模型,仿真结果表明,手指具有很好的动态特性。提出了一种设计仿生多指手的新的方法。     

一种柔性手指的建模研究

提出了一种新型 气动弯曲关节。用这种弯曲关节构造了一个柔性仿生手指。建立了手指的静态模型，实验证明了该模型的正确性。给出了手指的动态模型，仿真结果表明，手指具有很好的动态特性。提出了一种设计仿生多指手的新的方法。     

腱传动仿人手指机构的设计与分析

为了解决仿人多自由度手指机构结构复杂的问题,提出了一种基于欠驱动原理的腱传动机构,介绍了该机构的具体实现方法,主要包括手指结构设计、关节及其转角分析、扭簧设计、电机功率计算、位置/力传感器选择和自动控制系统设计等内容,在对三维模型进行分析的基础上,设计制造出了一个手指实物模型.运动试验结果表明,该手指实物模型具有结构简单的特点,能够通过弯曲和张开动作实现物体抓取.     

Maximum finger force prediction using a planar simulation of the middle finger

Maximum isometric finger-grip forces were predicted using a biomechanical model for plane motion of the middle finger. In the course of this study, mathematical representations of tendon displacement, the moment arm of tendon at the finger joints and muscle force-length relationship were investigated. The information gathered was applied to the model to estimate the maximum grip force of the middle finger gripping cylinders of different sizes. Muscle force per unit physiological cross-section area of 30 N/cm2 resulted in good agreement with measured force. However, for finger postures having an acute proximal interphalangeal joint angle, the estimated force was greater than that measured. Various joint angles were applied to the model to simulate the wrist and finger postures not limited to the cylinder grip. In general the finger force was greatest with the wrist in its extended position and at acute flexion of the proximal interphalangeal joint. The maximum finger force occurred at reduced metacarpophalangeal joint angles as the wrist joint changed from an extended position to a flexed one. It is also postulated that muscle force-length relationship is an important factor in muscle force predictions. The data obtained by this research are useful for the design of handles and the current model is applicable to the analysis of hand postures for workers using hand tools.     

机器人臂／手仿真系统操作物体的研究

为了研究机器人臂／手仿真系统对物体的操作,首先对机器人臂／手系统和物体进行了运动学建模,然后利用建好的机器人臂／手仿真系统,基于机器人臂／手系统的运动学、静力学,实现了右手拿杯倒水、手指拧、斜抛球等操作,最后探讨了机器人臂／手操作物体时,机器人臂关节力矩对灵巧手指端力的影响。实验结果表明,该模型具有建模方便、适用于大部分机器人臂／手系统和利于计算机求解等特点。     

板料V形自由弯曲力的工程算法

基于材料刚-线性强化的假定,以刚-线性强化梁在屈服以后的弯曲行为与弹性梁的弯曲行为相类似为前提,建立了板料V形自由弯曲过程的计算模型和数学方程,实现了自由弯曲力的程序求解,并分析了自由弯曲的基本特征。实验表明,板料V形自由弯曲力的工程算法具有重要的工程应用价值。     

拼焊板V形自由弯曲回弹控制影响因素分析

在平截面和平面弯曲等假设条件下,建立了可适用于纵向拼焊板V形小曲率自由弯曲回弹的解析预测模型。在自由弯曲卸载阶段,该模型引入了两母板间相互作用的弯矩,基于单一母板求解了拼焊板回弹后的弯曲角。利用解析模型分析了不同工艺参数对拼焊板V形自由弯曲力和回弹后弯曲角度的影响规律,确定了影响拼焊板V形自由弯曲力和卸载后回弹角的主要影响因素。