气动单向弯曲关节柔性手指静力学特性实验研究北大核心

某气动单向弯曲关节柔性手指由人工肌肉和弹性钢板并联组成,弯曲变形时具有大变形和非线性特点,静力学模型十分复杂且不利于控制。为便于实时精准控制,进一步简化手指静力学模型,并对其静力学特性进行实验研究。搭建静力学实验平台,对单肌肉驱动和双肌肉驱动两种不同驱动类型的柔性手指在不同限位面和等外载荷工况下分别进行夹持力和弯曲角度的对比实验。利用MATLAB对实验数据进行处理分析,得到手指夹持力和弯曲角度的经验模型。结果表明:气动单向弯曲关节柔性手指夹持力与弯曲角度、工作气压和驱动肌肉数目之间存在非线性关系;与静力学理论模型相比,该经验模型具有更高的精度,夹持力模型预测误差能控制在0.76 N内,弯曲角度模型误差可控制在6.9°内。     

两关节串联柔性手指末端输出力特性研究

柔性手指由双肌肉驱动型单向弯曲关节和单肌肉驱动型单向弯曲关节串联而成,具有2个自由度,弯曲变形时具有大的变形和非线性的特征。根据手指变形规律,采用D-H法创建手指的运动学方程,推导出其对应的力雅克比矩阵,分析手指夹持物体时末端受力情况,建立手指末端输出力与两关节气压增量之间的数学模型,该模型表明手指末端输出力与两关节气压增量近似呈正比。通过MATLAB仿真和实验相结合的方法对手指末端输出力进行研究,所建模型的仿真结果与实验结果对比误差较小,基本一致,验证了模型的准确性。     

气动仿人柔性灵巧手工作空间分析与抓取实验

采用自主研发的气动柔性关节,仿人手外形研制了一种新型柔性灵巧手。该机械手为人手的1.5倍,每根柔性手指由两个气动柔性关节组成,通过调节关节内气压控制手指形变实现机械手抓取物体。利用三维运动捕捉系统和机械手气动实验平台进行了不同气压下柔性手指的运动学实验,分析了机械手工作空间,并进行了机械手抓取实验。实验结果表明:该机械手具有较好的柔性和物形适应性可实现多种抓取模式和完成不同类型物体抓取;五指握取时可抓持最大物体直径为220 mm,最小物体直径为50 mm,质量为1 kg的物品。     

气动仿生六足机器人腿部设计与运动实验

为了提高气动仿生六足机器人的灵活性,机器人腿部采用三自由度气动空间弯曲柔性关节驱动,腿部装有抬升机构,可改变腿部的抬升高度,调整机器人重心高度。建立了腿部抬升高度和步距模型,利用三维运动捕捉系统,获得机器人腿部抬升高度、关节形变和足部工作空间,并分析了六足机器人越障高度。通过理论计算和实验可知,机器人腿部运动灵活,可跨越高度为30 mm的障碍。该研究为气动柔性关节仿生六足机器人的步态规划和控制提供了参考。     

气动四指柔性机械手结构功能和抓取实验研究

针对现有机械手柔性不足问题，提出一种新型的气压驱动的多指柔性机械手。采用自主研制的多驱动型单向弯曲柔性关节，设计了柔性气动拟人手指;采用模块化设计，将4个手指安装在拟人手掌上，构成了具有4个自由度的柔性机械手本体结构，达到了用少自由度机械手实现10余自由度机械手抓、握、捏、弹等功能。搭建机械手抓取实验系统，完成了机械手相关抓取实验。实验结果表明：该四指机械手能够对典型的物体形状如球形、圆柱形及异形物体等实现稳定抓取。     

面向狭小环境检测的柔性机器人运动建模与控制研究

针对传统刚性检测手段因其体积大、自由度低、灵活性差等缺陷,难以适应复杂狭小非结构化环境中的检测需求,且传统组装式连续体机器人存在结构复杂、运动变形差、控制精度低等问题,提出一种面向狭小环境检测应用的柔性一体化连续体机器人,并对其进行运动建模和控制方法研究。在常曲率假设下基于几何分析方法建立机器人的正逆运动学模型,构建其驱动空间、关节空间及操作空间的映射关系,并对其运动特性进行仿真分析。基于蛇形运动机制提出一种柔性连续体机器人运动控制方法,以蛇行运动模型和逆运动学为基础来控制连续体机器人的推送运动。搭建相应的物理样机平台对所建运动模型和所提控制方法进行实验验证,结果表明：所建运动模型能够较为准确地描述柔性检测机器人的弯曲运动特性,所提控制方法实现了机器人的运动控制,且控制效果和控制精度在合理范围内。     

激光柔性加工系统中光纤传能特性研究

介绍了光纤传能在激光柔性加工系统中的应用价值.针对Nd:YAG脉冲激光,试验研究了多模石英光纤传能特性,包括光纤输出光束空间特性和光纤传输高功率激光容量;分析了激光注入条件和光纤弯曲对光纤传能的影响.     

基于导航路径约束的多模块柔性检测机器人运动规划研究

连续体机器人运动规划复杂且控制精度低是制约其深入研究和快速应用的重要难题。基于几何分析法对连续体机器人进行运动学建模研究，构建关节空间与末端笛卡尔空间的映射模型，在此基础上对其工作空间进行分析。为满足柔性检测机器人在狭小空间的快速介入和准确探测需求，提出一种基于导航路径约束的机器人运动规划方法，以连续体机器人各弯曲单元前后端点与理想轨迹间的最小距离作为目标函数，通过逆向递推的方法逐节求出各弯曲单元关节参数，从而控制机器人沿着预设导航路径进行介入运动。最后分别通过平面C形弯曲曲线和空间路径的运动规划仿真实验对所提路径规划算法进行验证，同时研究该规划方法下机器人关节长度及单元个数变化时机器人的跟随效果。仿真结果表明：所提运动规划方法能够有效控制连续体机器人沿着预设路径进行介入运动，并具有较高的控制精度和较强的适应性。     

考虑模型不确定和关节电机动态的柔性机械手滑模控制

针对双臂柔性机械手末端控制,考虑关节电机动态特性和模型参数的不确定性,提出一种非线性滑模控制方法。建立柔性机械手与关节电机的联合模型,并利用输出重定义的方法实现系统模型的解耦,并解决其非最小相位问题。重定义子系统和柔性模态子系统两部分。针对重定义子系统,设计一种非线性滑模控制器,可同时实现重定义输出变量和关节电机动态的鲁棒控制。推导出分解后的柔性模态在平衡点邻域的状态空间中的表达式,并基于李雅普诺夫稳定性理论,建立输出重定义系数与系统稳定性的约束关系,推导出双机械手末端位移的误差范围。仿真结果表明:关节电机动态的影响不可忽略,所提方法可显著改善系统响应性能。     

气动柔性五指机械手结构设计及其抓取实验

根据仿生学原理,仿照人手外形设计了气动柔性五指机械手。该机械手手指结构采用模块化设计,由自主研制的气动单向弯曲关节和多向弯曲关节通过连接盘串联组合而成。在建立的机械手气动实验平台上,完成机械手的抓取实验。结果证明该机械手动作灵活,具有较好的物形适应性,可以抓取球体、圆柱体和长方体等多种形状的物体。     

采用Ti/Ag-Cu/Cu中间层钎焊连接Si3N4陶瓷和TiAl合金的界面结构及性能

采用Ti/Ag-Cu/Cu中间层实现了Si₃N₄陶瓷与TiAl合金的钎焊连接,获得了良好的接头.利用SEM,EDS等微观手段,分析了接头界面结构和元素分布情况.结果表明,Si₃N₄陶瓷/Ti/Ag-Cu/Cu/TiAl典型界面微观结构可能为:Si₃N₄/TiN/Ti-Si/Cu-Ti+Ag（s,s）+Cu（s,s）/AlCuTi/TiAl.在连接温度1 133 K、保温时间30 min、接头压力0.040 MPa时,接头四点弯曲强度达到最大值170 MPa.     

扭弹簧单自由度柔性关节的抓取机械手的模型分析

提出一种基于弹性波壳伸缩的柔性手指关节,介绍了关节的结构、工作原理及由其构成的抓取机械手。在静态条件下,结合受力分析,得到了关节角位移、机械手抓握力均与弹性波壳内腔的气体压力之间的线性关系,并进一步根据该模型给出了计算分析示例。柔性关节的结构较为新颖,具有缓冲性好、动作灵敏等特点,适宜用作机器人的抓持驱动器。     

柔软织物抓取双指灵巧手建模与轨迹规划

为实现灵巧手在纺织行业的新应用,提出了一种柔软织物抓取双指灵巧手的研究方法。首先,采用D-H参数法,建立双指灵巧手运动学模型;然后在关节空间中对双手指进行五次多项式轨迹规划;最后,利用仿真软件对建模和轨迹规划算法进行验证分析,证明了模型准确可靠,轨迹规划算法合理,灵巧手抓取方式灵活,在操作空间可以对任意形状的柔软织物进行抓取,为实体灵巧手系统研究提供了理论依据。     

Deformation Characterization,Twinning Behavior and Mechanical Properties of Dissimilar Friction-Stir-Welded AM60/AZ31 Alloys Joint During the Three-Point Bending

The AZ31 and AM60 alloys were used for dissimilar friction stir welding (FSW) in this study. The microstructure characteristics of the joint and its three-point bending performance were investigated. The electron backscattered diffraction results showed that the grains in the nugget zone (NZ) were more uniform and refined to a certain extent after FSW, but the grain size of AM60 in the NZ was larger than that of AZ31. The texture was strong locally in the NZ and presented a symmetric distribution characteristic from the advancing side to the retreating side. There were special texture features in the joint, resulting in the occurrence of severe strain localization during the bending process compared with the base materials, which can be well explained by the calculated Schmid factor in terms of the assumed stress state for bending. The bending tests revealed that the joint presented good bending properties compared with AZ31 BM. The bending fracture morphologies suggested that the fracture tended to the NZ interface on the AZ31 side, which was mainly due to the higher SF for basal slip and dislocation concentration degree in the region, and the relatively lower bending strength of AZ31 metal.