基于双斜面偏转关节的新型仿生机器鱼推进机构研究

提出一种用于仿生机器鱼的新型尾部推进机构,该机构主要由双斜面偏转关节构成,可通过调节推进机构的2个驱动电机耦合转动来完成其两自由度偏摆运动。首先,阐明了该两自由度耦合偏摆关节的运动学机理,并通过ADAMS运动仿真,验证了其应用于机器鱼上实现直线游动的可行性。然后,建立了仿生机器鱼的直线巡游控制策略,并采用无人机航拍在户外水塘中进行了直线游动实验。水下实验测试结果表明,该仿生机器鱼可实现速度可控的直线巡游,最大速度为0.69m/s。与现有结果相比,基于双斜面偏转关节的仿生推进机构可为机器鱼设计提供新的参考。     

四关节仿生机器鱼的运动曲线分析

以四关节仿生机器鱼为研究对象,根据鱼体波运动曲线方程,推导出仿生机器鱼四个关节转动的数学模型。通过设置不同的振幅系数和偏振系数,运用MATLAB仿真软件,得到不同的运动曲线。从而为四关节仿生机器鱼的动力学建模提供理论基础。     

仿生机器鱼胸尾鳍联动水动力学性能分析

针对尾鳍摆动仿生机器鱼游动迟缓、姿态不稳定的问题,文中提出一种胸尾鳍联动的仿生机器鱼,实现了仿生机器鱼外部轮廓、内部布局设计,提出了仿生机器鱼运动控制系统,为仿真和实验提供硬件基础;改进了仿生机器鱼运动学模型,提出了水动力学仿真中鱼体轮廓改变的运动函数;基于仿生机器鱼游动水动力学仿真分析,得到最优运动参数以及最优运动参数下的应力、流速、涡情况;采用仿真最优胸尾鳍运动幅度结果,改变胸尾鳍运动频率,设计实验研究了仿生机器鱼游动水动力学性能。仿真结果表明,以尾鳍摆动幅度72mm、胸鳍转动角度水平正负45°、胸尾鳍运动频率均为3Hz等运动参数进行仿真,无胸鳍辅助游动的推进力为2N,有胸鳍辅助游动的推进力为2.6N;实验分析结果表明,以最佳运动参数实验,无胸鳍辅助游动的推进力为1.57 N,有胸鳍辅助游动的推进力为2.57 N。仿真和实验均说明,有胸鳍辅助鱼体游动的推进力更大。     

D-H坐标系下两栖机器鱼正向运动学分析

应用机器人运动学求解常用方法—D-H法,以自行研制的两栖机器鱼为研究对象,在对机器鱼摆动运动模型简化处理的基础上,建立了机器鱼的机构简图及各个关节坐标参考系,并借助matlab软件求解矩阵,进行典型的正向运动学分析。推导出尾鳍的运动方程,借鉴此方法可以依次求得机器鱼各个关节的位移方程,速度方程,加速度方程。这种方法简化了解析计算,加快了迭代速度;为机器鱼的检验,校准提供依据及为机器鱼做运动仿真提供了运动参考。     

仿生机器鱼的运动学参数及实验研究

研究了尾鳍运动参数对推进速度的影响，进行了2关节仿生机器鱼与单关节尾鳍摆动式水下推进器的对比实验，给出了实验结果。实验结果表明2关节仿生机器鱼比单关节尾鳍摆动式水下推进器在相同实验条件下具有更高的推进速度。该仿生机器鱼可以实现对水下运动装置的推进，并且具有噪声低、对环境扰动小等特点。     

仿生机器蟹运动系统能量分析

对仿生机器蟹行走过程中关节能量进行分析,目的是决定系统性能和在系统运动过程中的运动变量的最优选择。这些运动变量主要包括步态、占空系数、躯体高度、步长、最大的抬腿高度等。定义了平均功率、平均功率偏差、平均驱动力矩3个指标,用于定量地衡量仿生机器蟹行走过程中关节能量的变化。依据指标设计了一系列的试验,得到了运动参数与关节能量之间的关系及运动参数选取的参考数据。     

两栖仿生机器鱼行为方式及其实现

以两栖四关节机器鱼为研究对象,详细说明了一般鱼类的行为方式及机理,并以此设计出新型摆动式柔性尾部的仿生机器鱼。该机器鱼依靠简单可靠、成本低廉的机构,较真实地模仿鱼的动作,实现了机器鱼在水中的灵活游动和沉浮等,具有推进方式简单、推进效率高、转弯半径小、噪声低等优点,为水下作业、水下探测等创造了条件。     

新型仿生猎豹机器人的机构设计与功能仿真

设计了一款新型仿生猎豹机器人的机械运动结构,该结构设计采用汽油机提供原动力,通过液压系统驱动各个关节运动。并运用D-H齐次坐标变换矩阵建立其腿部关节的运动学方程。Pro/E软件建立猎豹机器人的三维模型。基于ADAMS虚拟样机技术对该仿生猎豹机器人进行了腿部关节的优化仿真设计,以及平面路面行走,奔跑跳跃障碍能力的仿真分析。仿真结果表明该仿生猎豹机器人机构设计合理,运动稳定可靠,具有直线、转弯行走能力和奔跑跳跃障碍能力好的特点。     

仿生关节驱动器动力学分析

传统的"电机+转换机构"及改良电机的关节运动实现方式,难以满足现代关节应用工程对关节运动越来越高的性能要求。本文模拟生物关节简洁紧凑的结构和肌肉纤维收缩联合式驱动机理,建立一个仿生关节驱动器;重点解决仿生关节驱动器的结构优化仿生设计和动力学仿真,分析仿生关节驱动器在空载情况下的运动形式、动力学性能和接触力。仿真结果表明:仿生关节驱动器具有优秀的运动和驱动性能,可望解决未来机器人、主动假肢、仿生机器、探测操纵装备等高新应用工程对高性能关节驱动器的需求。     

小型可潜浮仿生机器鱼的设计

通过对仿生机器鱼的潜浮机理进行分析,提出了一种结构紧凑、成本较低的小型可潜浮仿生机器鱼的设计方案,并对其外形结构和推进机构进行结构设计,提供了直游、转弯和潜浮运动的实现方法,实现了小型仿生机器鱼的三维运动。     

步行桨轮及其基本受力分析

在不平的路面上步行运动大大优于轮子的滚动 ,然而目前仿生步行机构相当复杂 ,不适于实际应用。本文介绍了作者提出的一种具有实用性的步行机构——转动滑杆机构 ,并对使用这种机构的步行车辆的受力情况进行了基本分析。步行运动是个很复杂的过程 ,从形态、结构、功能、控制诸方面全面模仿是相当困难的。转动滑杆机构利用了轮子与常用发动机的良好适应性 ,而且能实现模仿步行运动的基本要求。它能产生比一般步行机器人快得多的步行运动 ,可以很方便地安装在现有的轮式车辆上。我们把用于步行机械上的转动滑杆机构命名为“步行桨轮”,它在陆地上可进行步行行走运动 ;在水中还能像船桨一样地划水 ,因此可用于制造水陆两栖步行车辆     

五足步行机攀登不等距桁架运动分析

对五足步行机攀登桁架运动进行了详细的分析,提出了一种实用攀登步态;在此基础上,针对不等间距杵架,建立了其攀登运动模型及相应的算法。该方法不仅可直接应用于五足步行机在不等间距桁架上的攀登运动规划,而且还可作为五足步行机攀登杵架的运动条件,对于步行在具有不连续落足区的非结构地形下的运动研究也具有普遍指标意义。     

采用鱼群算法进化极限学习机的假肢步态识别

为提高下肢假肢步态识别的准确性,提出一种基于鱼群(fish swarm,简称FA)算法优化极限学习机(extreme learning machine,简称ELM)的模式识别方法。首先,提取张量投影特征,分析了特征值选取的合理性;其次,采用主成分分析法降维;最后,利用鱼群算法进化极限学习机分类识别平地行走、上楼、下楼、上坡及下坡5种步态,识别准确率达到97.45%。通过实验比较了该算法与极限学习机等分类器在假肢步态分类上的识别准确率与识别时间,结果表明,FA-ELM方法识别准确率优于其他方法。     

履带式行走机构设计分析和研究

履带式行走机构是大型机械等整机的支承件,用来支承整机的重量,承受机构在工程作业过程中的产生力,并完成整机在行进、后退、转场、作业时的移动。因此,对于大型机械(包括工程机械、冶金机械等)的底盘,一般设计成履带驱动结构,履带沿着整机纵向中心对称布置。本文主要研究讨论履带行走机构的设计原则和运动受力分析,总结机构行走时的影响因素,以达到整个机构结构合理、安全可靠、行动灵活的目的。     

基于OpenGL的步行器建模及运动仿真

传统步行器在结构上几乎都是基于串联形式,在此提出了一种新型的步行器机构,具体机构单腿为一并联Stewart平台。并联机构具有复杂的特性,为了分析的方便,利用软件OpenGL建立了步行器的三维建模,并在软件中进行了运动仿真,验证了结构的合理性。     

六足步行机动力学和运动学研究

本文对六足步行机的受力情况进行分析,并在此基础上分析腿部的受力情况。对步行机和腿建立动力学方程,并对其不同的行走方式,对动力学方程求解。以两种准则,求步行机的最佳步距。文中研究了不同的步态,其步行机的最优能量分配。考虑速度对稳定性的影响,研究步行机行走时和转弯时的稳定性。     

建模分析悬臂式掘进机的液压行走系统

正确地把握基于液压动力的电机动作控制,才能保障掘进机行走系统的可靠性,从而保障掘进机行走路线的准确性。介绍了悬臂式掘进机液压行走系统的基本结构,论述了悬臂式掘进机液压行走系统的基本原理,对液压行走系统的关键点进行分析建模,对掘进机液压行走系统进行仿真应用。事实证明,所建系统模型具有良好的动态适应性以及稳定性。     

静液压步行机器人的设计与运动分析

设计开发的静液压步行机器人是模拟牲畜步行腿结构，采用机电液一体化技术，可实现机体的三角形步态行走和转向功能。6条步行腿两侧对称安装，按三角形步态分两组，即A组提腿，B组压腿。当A组大腿往下压腿时，小腿受地面反作用力往后运动而压缩油缸，油缸把油传到B组小腿的油缸，实现B组小腿的往前踢。转向时，转向一侧的小腿只往后收缩，不往前踢，另一侧的3条腿则保持行走，从而实现转向。小腿的踢腿运动和收缩运动通过静液压系统实现。曲柄连杆步行机构与静液压技术结合，可设计开发出能够负载的步行机器人，可拓展应用于机器人新领域。     

Development of a walking assist machine using crutches (Composition and basic experiments)

This paper proposes a walking assist machine for people with walking difficulties. It has crutches operated by the user and a wearable mechanism generates motion of the leg and foot relative to the upper body. First, a healthy person’s swing-through walking using axillary crutches was measured and kinematically analyzed. Based on the results, a composition of a walking assist machine using crutches (WAMC) was proposed. An Experimental apparatus of WAMC was designed and built. It realized walking with desired constant step length. And it was clarified that error of the step length decreases its walking stability. Then we investigated the relationship between walking stability and parameters of walking motion by dynamic simulations. The desired parameters were determined through the simulations Sensors and switches which convey user’s intentions to WAMC were also designed and attached to the WAMC.