机械臂气动关节柔性抓取操控

针对机械臂不便于从物件上方直接进行抓取的情况,提出一种机械臂气动关节柔性抓取操控技术。分析机械臂常规抓取方式,剖析机械臂与物件接触间的几何约束关系,开展物件一边被抬起的受力情况。在此基础上,分析气动关节曲率和内压之间的线性关系,构建控制关节内压的机械臂柔性抓取操控技术。通过实物测试验证,采集物件曲率变化所对应手指内压变化情况,获取不同曲率下抓握平衡所需摩擦系数变化情况,通过手指和地面“相互对抗”,使纸条曲率变大且重心右移,从而成功实现了机械臂柔性抓取柔软物件,达到设计目标要求。     

一种柔性联接的研究

本文阐述了一种柔性联接的原理，应用这种联接方式在一定条件下可在平面机构中代替两个转动副及其联接杆或在空间机构中代替两个虎克铰及其联接杆。本文给出了替代原理以及替代条件，并以实例进行了验证。     

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。     

基于橡胶波纹管的柔性机械手臂设计

柔性连续型机器人,相比离散关节型机器人具有高适应性与安全性的特点.针对多种应用领域,介绍一种使用压缩气体驱动的柔性连续型机械手臂原型机,利用其执行器由柔软材料制造装配而成的特点,它在抓取过程中能更好的保护表面脆弱的物体.使用橡胶波纹管,设计、制造并装配为执行器、执行器组及机械手臂,搭建实验台,建立执行器的伸长量与其内部...     

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。     

一种面向航天需求的仿生柔性机械臂的设计

针对航天器舱内环境的障避实际需求,基于自然界象鼻的内部肌肉结构分布特点,设计一种多冗余自由度仿生柔性机械臂。该机械臂由8个柔性关节组成,每个柔性关节具有3个自由度,相比传统机械臂,具有结构紧凑、刚度较高、运动灵活、操作空间广泛等特点。针对所提出的单个柔性关节与多个关节组成的仿生柔性机械臂进行运动学建模分析。利用制作的仿生柔性机械臂,进行航天避障任务试验,验证了该机械臂结构的可行性。     

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。     

一种组合式气动柔性机械手设计

介绍了气动机械手的产生、优势和发展现状,提出了新颖的组合式气动柔性机械手的设计方案,分析了方案的特点和优势。针对单个的组合式气动柔性手指的具体设计,进行了有限元分析,并详细介绍了具体的制作过程、步骤和多样性的动作控制方式。重点阐述了2种可自由组合的多用途气动柔性机械手的结构和具体的实际应用,最大限度的扩展了气动柔性机械手的功能和使用场合,为气动柔性机械手的设计、制造、应用等提供了新的方法和思路。     

柔性机器人躲避振动的一种方法

对于柔性机器人而言 ,系统柔性所引起的振动使得机器人很难准确地跟踪预定的末端轨迹 ,因此如何有效地减小柔性机器人的振动是一个非常重要的研究课题。本文对柔性机器人躲避振动的方法进行了研究。首先分析了影响柔性机器人末端振动变形的因素 ,在此基础上得出了在结构参数和末端运动轨迹不变的情况下 ,通过适当调整关节运动参数可以使柔性机器人有效躲避振动的结论 ;然后研究了机器人末端运动参数与关节运动参数之间的关系 ,提出了通过规划机器人末端运动参数从而调整关节运动参数 ,以使机器人能够有效躲避和减小柔性振动的方法 ,并且给出了相应的算法 ;最后通过数值仿真验证了该方法的有效性     

一种用于狭小操作空间的柔性可回程扳手

棘轮扳手因其可回程特性能够实现连续的装配操作,但其扳手头内部结构复杂且体积较大,难以在狭小空间内进行装配操作,因此提出一种用于狭小操作空间的新型柔性可回程扳手。通过在扳手中引入开口和柔性铰链,并在几何轮廓分析的基础上确定了开口与柔性铰链位置。运用回程过程中相对转动过程的几何约束关系以及旋紧过程中最大旋紧力矩给出柔性铰链及扳手头的关键尺寸的确定准则,实现了类似棘轮扳手的可回程功能,从而使柔性扳手在装配中可以实现连续操作,提高工作效率。柔性扳手结构简单,免于装配,降低了制作成本。进行柔性扳手的样机制作和螺纹紧固件的装配试验,验证了设计的可行性。     

气动式摆动柔性关节多状态下的模型与仿真

提出一种结构新颖的摆动柔性关节,给出了关节的基本结构,说明了气压传动的工作原理,确立了弯曲的弹性波壳内腔体积与弹性波壳整体弯曲角度之间的积分方程,结合受力分析,建立了关节角位移与弹性波壳内腔的压力间的数学表达式。在两种工作状况下,构造了关节角位移与时间量之间的动态模型,并进一步根据示例进行动态仿真和分析。     

一种气-液复合驱动柔性关节的建模与动态仿真

提出一种结构新颖的柔性关节，此关节具有缓冲性好、动作灵敏的特点，多关节可组合成操作机械手。给出了关节的基本结构和工作原理，结合受力分析，建立了关节角位移与弹性波壳内腔压力间的数学表达式，确立了弯曲的弹性波壳的内腔体积与波壳整体弯曲角度之间的积分方程，构造了关节角位移与时间量之间的动态模型，并进一步根据示例进行了静态分析与动态仿真。     

一种铰链式气动缓冲性关节的建模与动态仿真

提出一种结构新颖的、弹性波壳伸缩的缓冲性手指关节,关节具有缓冲性好的特点,多关节可组合成操作机械手。文中给出了关节的基本结构和工作原理,结合受力分析,建立了关节角位移与弹性波壳内腔的气体压力之间关系的数学表达式与静力分析算法,同时确立了关节角位移的动态模型,并进一步根据示例进行静态分析与动态仿真。     

Basic Characteristics of a New Flexible Pneumatic Bending Joint

Several typical flexible pneumatic actuators （FPA） and different mechanical models describing their behaviors have been proposed, however, it is difficult to balance compliance and load capacity in conventional designs, and these models still have limitations in predicting behavior of FPAs. A new flexible pneumatic bending joint （FPBJ） with special anisotropic rigidity structure is proposed. The FPBJ is developed as an improvement with regard to existing types of FPA, and its principal characteristic is derived from the special anisotropic rigidity structure. With this structure, the load capacity in the direction perpendicular to bending plane is strengthened. The structure of the new FPBJ is explained and a mathematical model is derived based on Euler-Bernoulli beam model and Hook’s law. To obtain optimum design and usage, some key structure parameters and input-output characteristics are simulated. The simulation results reveal that the relationship between the structure parameters and FPBJ’s bending angle is nonlinear. At last, according to the simulation results, the FPBJ is manufactured with optional parameters and tested. The experimental results show that the joint’s statics characteristics are reflected by the mathematical model accurately when the FPBJ is deflated. The maximum relative error between simulation and experimental results is less than 6%. However, the model still has limitations. When the joint is inflated, the maximum relative error reaches 20%. This paper proposes a new flexible pneumatic bending joint which has sufficient load capacity and compliance, and the mathematical model provides theoretical guidance for the FPBJ’s structure design.     

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。     

新型气动弯曲关节手指的运动学分析

提出了一种新型气动弯曲关节手指，并应用坐标变换的方法建立了手指的运动学方程。介绍了基于Hopfield网络求解运动学逆解的算法。仿真结果表明，手指具有良好的轨迹跟踪性能。     

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。     

一种旋转型机器人柔性关节设计与分析

通过对人类膝关节柔性产生机理研究,仿照动物关节肌肉-肌腱组织设计出一种适用于电机驱动的旋转型柔性关节。通过研究对比旋转型SEA（series elastic actuator）与直线型SEA机构特点,提出一种由8个压缩弹簧协同组成的柔性输出机构,并建立柔性输出机构刚度模型,确立了弹性元件参数与柔性关节等效刚度的数学关系。在此基础上,对柔性关节整体进行紧凑化设计,电机、减速器、柔性输出机构集中安装于关节部位,使柔性关节模块化、通用性强。通过对该柔性关节软件仿真及关节样机测试,验证了关节抗冲击能力和柔性输出能力可以满足柔性关节型机器人对柔性关节的应用需求。     

管内可控铰接柔性结构双层接触非线性力学分析

管内可控万向铰接柔性细长结构是超短半径侧钻水平井的特有结构。考虑可控万向铰结构中的机构问题、结构不连续和开槽不完整结构的三体两层接触问题,将空间梁单元、万向铰单元、刚性梁单元和梁梁接触单元相结合,建立了管内可控万向铰接柔性结构双重接触非线性有限元模型及数值计算方法。与有解析解的算例进行比对,计算结果吻合较好。通过对超短半径水平井造斜钻进时的柔性钻具进行力学分析,得到了柔性钻具受力变形状态、载荷传递规律及其与井壁之间的接触力分布规律。