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。     

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。     

一种基于四构件变胞机构的气动柔性拿捏机械手的设计及其运动学分析

变胞机构与常见的定自由度机构相比,具有特殊的性能。设计了一种以气体为驱动力的自适应四构件变胞拿捏机械手,该机械手简化为3个手指,以一个气缸驱动,每个手指有两个转动关节,在每个手指拿捏物体部位衬以硅胶并贴以力传感器,控制气缸压力,致使拿捏力可在设定范围内进行调整,是一种具有一定柔性的执行器。该执行器将变胞机构的工作原理和气体柔性驱动技术相结合,是一种基于四构件变胞机构的气动自适应柔性拿捏机械手。阐述了该拿捏机械手的机构结构原理,并对该机械手进行了运动学分析。分析表明该机械手具有自适应性,适合用于在易碎的玻璃瓶抓取、人体推拿执行器中等场合。     

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。     

气动力敏机械手指气膜压力场分析

气动力敏机械手指是利用气压测微技术和气膜柔性承载技术,将触觉传感器和普通机械手结合为一体,实现对工件无损伤抓取。芯轴与辊环之间的气膜是组成测力系统的关键部分,气膜内的气体压力分布状态直接影响气动力敏机械手指的工作性能。介绍了气动力敏机械手指的结构及工作原理,推导了气膜压力场雷诺方程,并采用FLUENT软件仿真计算了气膜压力场。得出的结果为实际气动力敏机械手指的设计提供了理论基础。     

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。     

多功能气动柔性三指机械手设计与实验

基于自主研制的气动柔性关节设计一种多功能三指机械手,通过放置于手指连接件的回转气缸可以调节柔性手指的位置,以适应不同形状和尺寸物体的抓取。利用ADAMS进行机械手的运动和抓取仿真,并进行柔性手指静力学实验、机械手位姿和抓取实验。仿真和实验结果表明:该机械手具有抓、握和勾3种抓握模式,可以灵活地抓取不同尺寸的球形、方形、三角形和圆柱形等物体。气动柔性手指最大弯曲角度为275°,最大夹持力为5.5 N;该机械手抓取物体最大直径为250 mm,质量为1 kg。     

变结构气动软体机械手的设计及试验研究

针对软体机械手抓取稳定性差等问题，设计一种由转换机构和软体手指等组成的变结构气动软体三指机械手。机械手可实现4种抓取模式，通过转换机构的结构变换改变软体手指的工作空间，使其处于最佳抓取位置。建立手指的单腔室弯曲数学模型以得出充气压力和弯曲角度的关系，采用有限元法分析各参数对腔室弯曲角度的影响，并对腔室结构进行优化；通过充气弯曲试验，验证了软体手指的良好性能；通过软体手指输出力测试获取输入气压和输出力的关系。制作样机并对8种物体进行抓取试验，结果表明：该机械手抓取稳定，能够实现对0~320 g范围内各种不规则及软硬度不同物体的无损抓取。     

变腔室气动软体机械手结构设计与实验

采用自制的变腔室气动驱动器设计了一种柔性三指机械手,通过依次改变驱动器的腔室结构提高柔性手爪的变形和刚度。建立变腔室气动软体驱动器形变模型,分析腔体鼓包变形与腔内气压关系,并进行仿真分析和静力学实验,获得不同气压下的变形特性和不同触点的正压力。进行了不同形状和尺寸物品的抓取实验,结果表明:该三指机械手具有较好的柔性和灵活性,变腔体结构的驱动器可以提高软体手爪的变形和夹持力。     

工业缝纫机自动更换底线装置的研究与应用

提出了一种新的自动更换工业缝纫机底线的工艺方法,设计出了相应的自动更换底线装置;对装置中的关键部件抓取机械手的结构进行了分析;通过仿真分析确定了机械手气缸输入压力的合理范围;最后加工出机械手样机,并进行梭芯套抓取试验。试验结果表明：抓取机械手的原理正确,结构合理,但需要对机械手与梭芯套的接触面进行一定的处理,以提高抓取和定位的可靠性。     

考虑关节间隙的空间机械臂臂杆振动特性研究

基于ADAMS动力学仿真软件,建立含间隙关节空间机械臂的动力学仿真模型,改变关节间隙尺寸和刚度系数等相关参数,获取不同关节间隙尺寸下的空间机械臂动力学响应;通过搭建含间隙关节的空间机械臂实验台,采用改变臂杆端盖孔径的方法改变关节间隙尺寸,分析不同关节间隙尺寸下的空间机械臂臂杆的输出振动特性。仿真与实验结果表明:臂杆末端的加速度和关节的接触碰撞力会随着空间机械臂关节间隙的增大而逐渐增大,但增幅会逐渐减小;空间机械臂关节间隙的增大还会导致关节内碰撞加剧,引起更大的能量损失。这可为提高含间隙空间机械臂的控制精度提供参考。     

基于AMESim的压力调节器结构优化

针对现有某型涡桨飞机发动机的防冰系统配套压力调节器在真空环境下出口压力衰减及不能反馈开关位置信号的问题,采用真空波纹管结构对压力调节器先导阀进行结构改进,保证先导腔压力的稳定,并利用AMESim软件对压力调节器进行性能仿真,计算蝶板在正常工作压力状态下的最小开启角度,以此对微动开关进行调整,实现全部工作区下位置信号指示。试验结果表明：在真空环境下,真空波纹管结构压力调节器出口压力相对于地面环境波动较小,可满足要求; AMESim软件对蝶板开启角度的计算结果较为可靠,为开关状态信号的设置提供了有力支撑。     

膨胀锥锥角对TWIP钢等井径膨胀管螺纹接头成形性能的影响

针对等井径膨胀管技术的难点——成形后螺纹接头处的结构完整性,对膨胀工艺中膨胀锥锥角对螺纹接头成形性能的影响进行研究。选取孪生诱发塑性(TWIP)钢为膨胀管材料,利用有限元软件ABAQUS,模拟大膨胀率(20%)膨胀管螺纹接头的成形过程,分析了膨胀锥锥角对成形后螺纹接头所需膨胀推力、内部残余应力情况和螺纹齿间间隙的影响。研究结果表明:锥角为10°时,所需膨胀推力最小;不同锥角情况下,螺纹接头内残余应力分布基本相同;在母螺纹根部以及螺纹齿相互接触的位置,有应力集中现象;锥角为7°和9°时,螺纹接头内的残余应力情况较好;锥角为7°和8°时,螺纹齿间间隙数值较低。     

基于全局最优滑模控制器的冗余自由度机械臂运动控制的研究

为了提高冗余自由度机械臂的运动准确性,进行基于全局最优滑模控制器的冗余自由度机械臂运动控制的研究。分析冗余自由度机械臂的机械结构,明确其结构组成及运动原理。通过各关节节点的旋转角度及连接臂长度,分别求取了相邻关节节点间的旋转关系式及关节结点相对基础坐标的移动矢量,并通过该移动矢量得出机械臂的动力学方程。通过机械臂的动力学方程,计算出单个关节节点的系统方程。利用角度误差构造滑模面,并在此基础上利用单个关节节点的系统方程,建立滑模控制器。为了获取滑模控制器中滑模加权因子和趋近加权因子的最优解,采用粒子群算法在解空间中对其进行全局搜索,从而得到全局最优化的滑模控制器,用于对冗余自由度机械臂的运动过程进行控制。实验中,采用此方法和干扰观测器方法对关节节点的运动过程及末端执行器的运动过程进行了控制,从控制结果可知:在控制关节节点及末端执行器运动时,此方法比干扰观测器方法的控制准确度分别提高了17.12%和13.49%,表明此方法能有效保障冗余自由度机械臂的运动准确性。     

基于关节优先级的冗余机械臂柔顺控制方法

针对冗余机械臂柔顺控制过程中某些关节运动可能超出安全范围导致安全事故的问题，提出一种基于关节优先级的冗余机械臂柔顺控制方法。此方法通过雅可比矩阵的加权广义逆矩阵与阻抗控制中机械臂的末端速度相结合，计算出关节角度增量，并对关节角度进行迭代更新。在机械臂运动过程中，为减小超限关节的角度增量，将相应关节设置较小的关节优先级，将超限关节角度变化保持在安全范围内。最后使用一种八自由度的冗余机械臂进行柔顺控制实验验证。结果表明：将相应关节设置较小优先级后，该关节角度增量减小，证明了该柔顺控制方法的可行性和有效性。     

绳驱超冗余机械臂结构设计与力学分析

为解决传统机械臂难以在非结构化的狭窄空间中进行探测、维修、清理等作业的问题,设计一款绳驱超冗余机械臂并进行力学分析。该机械臂整体由驱动部分与机械臂组成,在机械臂根部加装一段可伸缩杆,使它可在水平方向移动;并在每个连杆内部都加装滑轮,减少绳索与连杆的摩擦。通过ADAMS分析关节与绳索的瞬态受力情况,通过力矩平衡方法对绳索进行静力学理论分析,计算出各个关节在任意角度时绳索受力情况,验证仿真结果。利用ANSYS Workbench对受力最大的关节进行强度校核,验证其应力符合材料强度要求。     

基于人工约束模式切换的5R机械臂圆弧轨迹控制研究

为了控制5R机械臂跟踪圆弧轨迹或有效避开障碍物,及避免关节空间关节角的不连续,对笛卡尔空间的圆弧运动轨迹采用位置插补,基于两种人工约束模式把笛卡尔空间的位置值逆解到关节空间,利用最小二乘法从获得的所有逆解中选取关节角偏差平方和最小的解,并对末端轨迹和各关节的轨迹进行了仿真。结果表明:机械臂末端圆弧轨迹平滑,各关节角连续变化,运动平稳。