基于凝胶材料的分布式柔性触觉感知测试电路

本文设计并研制了一种新型柔性分布式触觉感知系统。其基于离子水凝胶为基本材料,建立触觉传感器模型的理论与机理,设计并制作的感知层与定位层,分别可以感知力的大小与方向,由此实现柔性皮肤触觉感知。这种感知系统可用作构建软体机器人,对复杂环境下具有较高的适应性,在救援、军事行动、生物、医疗研究等领域具极强的应用价值。     

基于光纤光栅的软体机器人末端力测量方法研究

手术机器人的末端操作力测量是实现机器人精准控制的关键,对保证手术操作的安全性至关重要。文中针对微创手术软体机器人末端三维力测量的实际需求,提出一种基于光纤光栅的微创软体机器人末端三维力的测量方法。基于光纤光栅传感原理,分析光纤传感器植入在软体机器人中的传感特性,建立基于最小二乘法线性标定和基于伯恩斯坦多项式非线性补偿的软体机器人末端力解耦模型,研究光纤光栅中心波长漂移量和软体机器人末端三维力之间的关系。并通过实验测试和对比分析验证了基于线性标定和非线性解耦算法的光纤传感软体机器人末端力测量性能研究结果表明:光纤光栅传感的可重复性平均为1.5 pm,末端力在XYZ三个方向上的测量精度误差均低于满量程的5%,且残差分布大部分集中在可靠区间,具有良好的重复性。所提出的基于光纤光栅的软体机器人末端力解耦算法为微创手术软体机器人的末端力精确测量提供了有效的方法,在生物医学等软体机器人的末端力测量中具有应用前景。     

类生命机器人及其关键技术研究发展与挑战

类生命机器人是生命系统和机电系统深度融合而形成的新一代机器人,有望集成生命系统和机电系统的双重优势,已成为机器人领域的研究热点和方向,并取得了多方面突破。尤其在驱动方面,报道了多项以生命材料为驱动核心的类生命机器人研究,实现了机器人爬行、游动、操控等有效驱动运动。然而,类生命机器人的进步离不开与其相关的学科领域的共同发展,本文围绕类生命机器人研究方向,重点针对相关的制造、建模、检测、控制四个主要方面进行了系统性综述,并对各方面所存在的问题进行了深入的分析。此外,本文还讨论了类生命机器人研究所面临的潜在挑战与可能的解决方案,旨在进一步推动类生命机器人的实用化发展进程。     

基于压电陶瓷驱动的并联微动机器人应用现状

介绍了具有刚度大、承载能力强、位置误差不积累等特点的并联微动机器人,在应用上与串联机器人呈互补关系,已经成为微动机器人领域的研究热点。随着科学技术的发展,许多领域越来越迫切地需要微型系统或微动系统。目前,并联微动机器人已经在航天、航空、制造业、计算机辅助医疗设备、生物工程以及微机电系统等方面有着广泛而重要的应用。     

基于光子晶体结构色传感器的软体机器人运动检测方法

为了解决软体机器人难以实现基于实时反馈信号的精确运动控制的问题,提出了一种基于光子晶体结构色传感器色相的软体机器人运动检测方法。该方法的工作机理在于,当软体机器人活动时,集成在其上的光子晶体结构色传感器颜色会发生变化,通过图像处理技术检测这些色相变化,并根据色相信号和运动状态之间的映射关系,实现对软体机器人运动状态的跟踪监测。色相检测稳定性测试结果表明,不同亮度和饱和度下的平均色相值分别为179.97°、179.67°,标准差分别为0.51、0.36。     

基于CPG的离子液体凝胶软体驱动器的仿真分析

通过对中枢模式发生器(Central Pattern Generator,CPG)、高层控制中枢以及反射调节网络等生物运动控制系统进行仿真模拟,使仿生机器人实现更自然、协调以及具有环境适应性的运动.借鉴基于自然界动物行走机理的生物诱导控制方法,从机器人控制的视角阐述CPG的仿真模拟和应用.连续体软体驱动器经过离散化后,满足CPG控制方法的条件,因此,基于CPG的仿生方法可用于软体机器人驱动器的控制.     

基于声表面波的微驱动技术的发展

基于声表面波技术近年来在微驱动技术领域快速发展的现状以及声表面波器件在生物、医疗、片上实验室等领域具有广阔应用前景的重要意义,就近几年来声表面波微驱动器的最新应用做了简要总结,介绍了声表面波,包括叉指换能器的结构和声表面波产生原理。着重介绍了声表面波在新型器件方面的多种最新应用,主要包括微流体加热、微流体雾化、微粒集聚/混合、微流体驱动、线性固体驱动以及平面固体驱动等,并分析了目前研究过程中存在的一些技术难点和解决方案。     

一种仿人型体操机器人的结构设计与优化

本文基于2020年中国机器人大赛类人型机器人竞技全能赛的比赛规则,针对机器人的腿部结构、手部结构件以及舵机控制板三个方面进行了设计和优化,使体操机器人在有限的自由度完成更加完美的动作,也为类人机器人在医疗、娱乐和服务等领域的广泛需求设计提供可参考的模型。     

一种新型微小爬壁机器人

研制了一种能在导磁面上运动的电磁驱动的微小爬壁机器人,其尺寸为30 mm×15 mm×20 mm,重约30 g。在分析尺蠖运动原理和现有爬壁机器人驱动方式、驱动力和机器人结构的基础上,设计了新的驱动结构和驱动方式,实验测试表明,此设计明显提高了机器人的驱动力。通过研究人体的转弯机理,实现了机器人的快速转弯。分析了机器人的驱动控制信号,设计制作了机器人的驱动控制电路。整个爬壁机器人采用爬行式运动方式,运动速度可以达到1.1 cm/s,可以在0~90°的导磁面上爬行。     

螺旋型光纤传感软体操作臂状态测量及特性分析

微创手术软体操作臂是微创外科和机器人领域的科学前沿和研究热点,对提升微创手术水平至关重要。现有视觉、电子和光电等传感方法尚未解决软体操作臂的状态测量问题,以直线型布设在软体操作臂中的光纤传感器,在柔性操作臂伸展和弯曲等运动时存在易断裂和可重复性差等问题,未能实现手术操作臂的闭环控制,限制了其手术应用。为此,提出了一种基于螺旋型光纤传感的软体操作臂状态测量方法,并对其传感特性进行了研究。不同于直线布设光纤的传感方法,螺旋型布设光纤的传感方法可以实现可伸缩软体操作臂的测量,防止光纤在软体操作臂中的错位,满足可伸缩弯曲软体操作臂的测量需求。通过理论分析气动驱动软体操作臂伸缩和弯曲的运动特性,利用光纤上刻写的布拉格光栅传感点,建立软体操作臂中螺旋型光纤光栅的传感模型,推导出光纤光栅中心波长漂移量和软体操作臂弯曲曲率之间的关系。最后,为了验证螺旋型光纤光栅在软体操作臂中的传感性能,对其传感灵敏度和稳定性等进行了实验测试。实验结果表明:提出的螺旋型光纤传感方法可实现操作臂伸长10%、弯曲角度达到180°时的状态测量,且操作臂理论弯曲角度和光纤传感的误差最大为9%,传感灵敏度可达12.55 pm/(°),满足软体操作臂伸缩和各向弯曲操作时的测量需求。