小型蠕动机器人原理与实现

本文阐述了蠕动的原理，在此基础上研制了一套小型蠕动机器人系统，其主要部分由三个Ｌａ：ＰＺＴ电致伸缩微位移器和一套独特的柔性链机构所组成。机器人的外形尺寸为１５０＊６１＊４６ｍｍ，重２ｋｇ，最大步距１０μｍ，行程４０ｍｍ，运动精度０．２μｍ。     

一种新型气动蠕动机器人的机理研究

本文提出了一种新型气动蠕动机器人，分析了它的驱动机理和动态特性，这种蠕动机器人有一个基于气动驱动器的新颖驱动机构和四个吸附足，它结构简单，制造成本低，易于小型化，仿真表明本文的控制策略可行，响应快速，控制可靠，因而这种新型机器人在很多领域有着广泛的应用潜力。     

柔性蠕动管道机器人的牵引力及软轴结构稳定性分析

为解决柔性蠕动管道机器人的运动控制问题,提高机器人管内行走效率,对一种具有导向头和刹车轮结构的柔性蠕动管道机器人进行了深入分析和研究.通过对机器人进行管内受力分析,建立起机器人的牵引力模型;为提高机器人在不同管道环境中的运动性能,对软轴结构的运动稳定性进行了分析,提出了机器人蠕动运动失稳的概念,并采用长柱体的稳定性理论进行分析,推导出机器人在直管和L型管道中的临界失稳条件,为柔性蠕动管道机器人步距规划提供了理论依据.搭建管道实验环境进行机器人的牵引力和行走实验,测试值与理论分析基本一致,说明柔性蠕动管道机器人具有优良的牵引能力,行走过程中的运动失稳现象也验证了软轴临界失稳理论的正确性.     

基于蚯蚓原理的多节蠕动机器人

介绍了多节蠕动机器人的机体构造和运动原理,建立了机器人运动模型并进行了分析. 阐述了该机器人系统的控制组成和软件设计. 讨论了机器人在不同倾角橡胶管道内的驱动性能试验.进行了机器人温度试验及转弯性能试验.结果表明：该微小型机器人运行可靠、平稳,控制方便,有一定的爬坡能力;连续工作时机器人温度不超过35℃;可通过大于36mm的弯曲半径.该研究为非结构环境狭小空间及人体消化道探察机器人的研制奠定了基础．     

气动蠕动式缆索维护机器人的研制

本文研制了一种用于斜拉桥缆索的检测、清洗和涂装等维护作业的气动蠕动式缆索机器人 ．该机器人分上体和下体两部分,由气缸实现移动、夹紧和导向功能．其能用于大直径范围 的缆索,牵引力大,安全可靠．     

仿蚯蚓机器人蠕动装置驱动电路的设计

在对仿蚯蚓机器人蠕动装置的工作原理及曲线孔电火花加工特点等进行分析研究的基础上,采用脉宽调制技术设计出了蠕动装置的驱动电路,该电路具有结构简单、工作可靠等优点。     

小型双足步行机器人的步态规划

为了解决双足步行机器人的步态控制,实现机器人稳定步行.为加强机器人的行走稳定性和优化步态过程,通过构造机器人行走过程中应满足的约束条件,规划机器人行走时的基本姿态及重心轨迹.根据规划的行走姿态及轨迹建立运动学方程,求解方程得到机器人各关节的运动轨迹.通过Matlab软件进行对运动轨迹模型的仿真,仿真得到的结果与设想的结果一致,证明步行得到平滑的关节轨迹是平稳的,并验证了方法的可行性.     

蛇形机器人步态产生及步态分析

以简化的Serpenoid曲线为基础,并根据蛇形机器人的3维运动由其水平和怪直两个平面的运动合成的理论,提出了一种蛇形机器人的3维步态产生方法.通过实验验证了各种步态,并在实验中得到了蛇形机器人各种步态的运动特性与相应的运动控制方程参数之间的关系.在实验中,得到了一种新步态,并将其命名为螺旋步态.对于螺旋步态,利用运动...     

一种双足步行机器人的步态规划方法

本文介绍了一种双足步行机器人的步态规划方法，以前向运动为例，详细介绍了先分阶段规划然后合成的方法，并讨论了行走过程中的冲击振动问题及减振措施，实验及仿真结果验证了这一规划方法的有效性。     

基于SMA的关节驱动器的力学分析及控制

分析了一种用于水下微小型仿生机器人的形状记忆合金(SMA)关节驱动器的力学特性,并通过模糊控制的方法对其进行了实验研究。结果表明:对于物理特性呈非线性、温度滞后、时变和受温度影响很大的SMA驱动器来说,采用模糊控制的方法,能够使驱动器稳定、平滑的工作,尽管产生了轻微的超调现象,但收到了令人较为满意的效果。因此,将模糊控制方法应用于SMA驱动器的控制有一定的理论意义和应用价值。     

一种基于SMA的摆动式驱动器驱动原理及实验

在分析了形状记忆合金(SMA)弹簧电热驱动原理的基础上,对一种差动式关节型SMA驱动器进行了实验研究。实验结果表明:驱动电流和冷却条件对驱动器的摆动周期有很大的影响,增大电流会显著提高SMA驱动器的动作频率,但电流过大,易使SMA失去形状记忆功能,所以,电流应控制在一定的范围之内。驱动器的动作频率还受到冷却速度的制约,加快冷却速度也会提高驱动器的动作频率。     

仿生“蚯蚓”机器人的SMA 执行器实现

虽然从生物学角度来说,蚯蚓的波浪式运动机制已经相当清楚,但在小尺寸下人工蚯蚓的实现仍然是极具挑战性的工作.采用记忆合金材料(SMA),设计实现了用于仿生蚯蚓机器人的执行器,并通过该执行器的动作循环模仿,实现了蚯蚓的波浪式运动.实现的人工蚯蚓共有四单元,每一单元都有可独立驱动的执行器.执行器由一根或三根SMA弹簧构成,其波动式运动的最高频率为0.6 Hz.每一单元人工蚯蚓,都被覆特定形状的软硅胶皮,该硅胶皮提供了SMA执行器的对抗力,同时也是安装微型腿的平台,从而进一步提高了人工蚯蚓的运动效率.初步的测试显示该执行器工作有效,人工蚯蚓的运动速度可达2.5mm/s,与真实的蚯蚓运动速度相近.     

一种空间仿生柔性机器人设计与智能规划仿真方法

针对传统空间刚体机器人存在的自由度有限和环境适应性差等缺陷,基于生物体结构提出了一种受“尺蠖”与“蛇”启发的适用于空间在轨服务的柔性机器人。首先,搭建了柔性机器人原型样机,研究了镍钛形状记忆合金（SMA）驱动器的驱动特性,设计了可视化控制界面并通过实物实验验证了机器人原型样机的可操控性。然后,设计了一种基于所提柔性机器人结构的Q学习算法和相应的奖励函数,搭建了柔性机器人仿真模型并在仿真环境中完成了基于Q学习的机器臂自主学习规划仿真实验。实验结果显示机器臂能够在较短时间内收敛到稳定状态并自主完成规划任务,表明所提出算法具有有效性和可行性,强化学习方法在柔性机器人的智能规划与控制中具有良好的应用前景。     

Modeling of pneumatic muscle with shape memory alloy and braided sleeve

Pneumatic muscle (PM) of flexible actuators used in bionic robot is an active area of recent research. A novel PM with shape memory alloy (SMA) braided sleeve is proposed in this paper, and SMA is used to improve PM working characteristics. Based on the principle of virtual work, output force model of PM and relationship with braided wire inner-stress are established, and analysis of PM deformation has shown that braided wire length is the key factor of output force characteristic. Based on the crystal structure transitions, the relationship of temperature with wire shrinkage is derived. Then, the synthetic dynamics of novel PM is established. A physical prototype of PM with SMA braided sleeve is developed, and test platform that is built for the experiment. Experiment and simulation test of static isometric-length, static isobaric-pressure, and dynamic characteristics are done. The experimental results are compared with the simulation of theoretical model. Moreover, based on experiment, model of output force was improved by adding a correction factor to deal with the elastic force of rubber tube. The results analysis demonstrates that the established models are correct, and SMA wires can reinforce PM and make PM working characteristics adjustable. PM proposed in this paper has greater output force and is beneficial to achieve more accurate control that is useful for manipulating fragile things.     

形状记忆合金驱动仿生蝠鲼机器鱼的设计

研究了一种采用鳐科模式游动、柔性胸鳍摆动方式推进的形状记忆合金（SMA）丝驱动型仿生蝠鲼机器鱼．首先,对双吻前口蝠鲼游动动作进行了分析,建立了蝠鲼胸鳍柔性摆动的简化运动模型．然后对能够模仿蝠鲼肌肉动作的智能材料进行了分析．最后设计了SMA 丝驱动的柔性仿生胸鳍和仿生蝠鲼机器鱼,并分析了SMA 丝的热力学特性,确定了控制规律．该机器鱼外形与双吻前口蝠鲼外形相似,身体呈现扁平形状,有一对三角形的柔性仿生胸鳍,直线游动速度达到79 mm/s,最小转弯半径为118 mm．该机器鱼游动稳定性好,无噪声．     

形状记忆合金的驱动性能研究进展

简要介绍了SMA的物理与力学特性,并就其驱动性能的国内外研究现状进行了总结与分析.分析表明,利用SMA可以实时调控梁、板、柱等构件的应力分布,改变其受力状态.最后对目前研究中存在的问题进行了探讨,提出了应当开展的一些研究方向,展望了SMA在土木工程领域的应用前景.     

形状记忆合金驱动的微电脑密码锁的设计

为了提高锁的安全性和可靠性,设计了一种基于形状记忆合金螺旋弹簧驱动的微电脑密码锁。详细介绍了锁的机械结构、硬件设计方案和软件设计方法,并给出了部分电路图和程序主要流程图。本设计结合单片机的智能性和形状记忆合金材料的形状记忆效应,实现了密码锁封闭式的机械结构,提高了控制的智能化程度,克服了普通锁需要随身携带钥匙且易丢失、保密性差的缺点,使得密码锁的安全系数极高。实践证明,该密码锁具有可靠性高、成本低、操作简便等特点,有较高的推广价值。     

形状记忆合金手指系统的输出力自适应控制

形状记忆合金(SMA)是智能材料中的一种,具有功率重量比大、质量轻、无噪音等特性.作为驱动器有利于结构的小型化和轻型化.然而SMA的非线性、多映射的迟滞特性严重影响了输出力的精确控制.为此,本文提出了基于扰动补偿策略的自适应控制方法用于SMA输出力的精确控制.首先,搭建了SMA驱动的手指实验装置,建立了机理模型;其次,...     

SMA驱动丝的建模与仿真

研究SMA动力学优化模型,针对形状记忆合金(SMA)驱动丝具有强非线性、迟滞效应等特性,为设计SMA驱动丝的自适应结构,提出建立SMA驱动丝模型并提供高效的仿真方法。采用有限元软件实现了受轴向载荷的SMA驱动丝的仿真建模。对本构模型是根据自由能的一维热-力学耦合模型,可以同时复现形状记忆效应和超弹性。数值仿真能够引起材料相变的非均匀温度和应变分布。仿真结果表明,建立热-力学耦合模型,可为设计SMA驱动丝的自适应结构计算提供可靠依据。