欠驱动机器人手指实验平台的设计

基于三关节绳索驱动的欠驱动机器人手指,设计了手指实验平台.该实验平台由平台机构、平台控制系统和VICON红外光点三维运动分析系统组成.平台机构采用海顿直线步进电机驱动导轨滑块,从而牵引绳索控制手指弯曲和伸展;平台控制系统采用DSPF2812作为主控制器,通过驱动器控制直线步进电机的转动;VICON红外光点三维运动分析系统采用6台VICON红外摄影机对标记点进行运动捕捉,其数据通过VICON资料处理器导出至PC端进行处理.实验平台可以对三关节欠驱动机器人手指进行抓取性能和运动轨迹的分析.     

具有形状自适应的欠驱动拟人机器人手指

为了实现使用较少驱动器获得较多的自由度,从而在不增加控制难度的前提下,更好地抓取物体以及增加手的拟人化,需要研究欠驱动机械手指装置。提出了一种新的设计思想,以此为指导设计了一种机械手指装置,并对其主要设计参数进行了详细分析。试验证明,该装置可以作为机器人拟人手的一个手指或手指的一部分,用以实现机器人拟人手较少驱动器驱动较多的手指关节自由度,并具有抓取不同形状、尺寸的物体的自适应性,降低了装置对控制系统的要求。该装置外形与人手的手指相似,结构简单、可靠、易加工、体积小和重量轻。     

基于变胞理论的欠驱动多指节灵巧手指的构态分析

基于变胞机构理论,提出了一种新的分析欠驱动多指节灵巧手指的方法,定义了欠驱动二指节灵巧手指抓取过程的3个构态,并通过邻接矩阵建立了各构态之间转换的关系方程,从而从根本上解释了灵巧手指的欠驱动原理,为欠驱动灵巧手的机构设计及控制规划提供了理论指导。建立了欠驱动二指节灵巧手指的运动学方程,分构态分析了灵巧手指的运动学特性,结果表明欠驱动灵巧手指运动中构态间变换的平顺性非常重要,并相应提出了两种设计方案。提出的构态分析法在欠驱动三指节或多指节灵巧手指的分析中同样适用。     

基于单开链单元的欠秩并联机器人机构型综合的一般方法

以单开链支路为单元 ,揭示了欠秩并联机器人机构结构组成的某些规律。提出了欠秩并联机器人机构型综合的一种系统、有效的新方法 ,并进行了分类。该方法具有普遍性意义 ,已用于完成三平移、三平移一转动以及三平移两转动等欠秩并联机器人机构的型综合。     

平面含复铰及齿轮-连杆运动链的拓扑描述和结构自动综合

平面含复铰及齿轮-连杆运动链的拓扑结构自动综合可为机构方案创新设计提供各种优选类型,是研究机构结构组成的有效方法,是构思、发明新机构的基础。研究平面含复铰和齿轮-连杆运动链的多色拓扑图描述及借助拓扑图描述实现的单开链迭加结构自动综合方法。详细地讨论平面含复铰和齿轮-连杆运动链的双色拓扑图和三色拓扑图描述,为机构的分析与综合提供良好的数学工具。借助于相应的多色拓扑图描述,给出综合相应输入参数的基于单开链迭加的平面含复铰及齿轮-连杆运动链结构自动综合方法,并给出相应的综合实例来验证该自动综合方法的有效性及可靠性。     

一种新型欠驱动三指节手指机构的结构设计及优化

针对当前存在的欠驱动假肢手手指机构拟人特性较差这一缺陷,通过综合耦合型手指在结构上的优势,引入能够使得各手指进行耦合运动的耦合连杆,提出了一种能够实现自适应包络抓取并具有较强拟人特征的新型三指节欠驱动手指结构,从而很好的弥补了欠驱动手在抓取过程中动作僵硬、耦合性差的不足。分析该手指的抓取过程,初步验证了该欠驱动手指完成包络抓取的可行性。根据虚功原理对手指的抓取静力学模型进行分析,得出完成包络抓取时各指节对物体的接触力,基于三指节手指抓取力尽可能均匀分布这一原则,建立手指结构优化的目标函数,利用matlab遗传算法工具箱对手指进行优化设计,得到满足上述原则的欠驱动手指机构的各杆件尺寸及抓取姿态。     

欠驱动机构的运动学分析及应用研究

欠驱动机构是指驱动数少于机构自由度数的一类机构,近些年来对于欠驱动机构的研究主要集中在欠驱动机构的控制策略上,对于欠驱动机构运动规律的研究却不多。探讨了欠驱动机构的运动规律——阻尼最小定理,通过仿真验证了该规律,并将其拓展到四杆机构。运用此规律对于欠驱动仿人手指进行了运动状态分析。最后给出了一些欠驱动机构的应用实例。     

曲柄群驱动机构的拓扑结构初探

曲柄群驱动机构是一种具有冗余特性的欠驱动机构。基于拓扑结构理论,以曲柄群驱动机构中的典型结构(单从动曲柄驱动机构和双从动曲柄驱动机构)为例,通过运动链和结构矩阵,对其拓扑结构进行了初步的研究和探索。通过拓扑结构理论解决机构学的问题,实现了拓扑学与机构学的有机结合,对于推动学科的交叉研究和发展大有裨益。     

基于欠驱动原理的多指灵巧手结构设计及实验研究

针对传统的多指灵巧手手指驱动源多、结构复杂,抓取过程中驱动电机保持堵转状态导致发热量大、寿命短,以及无法准确感知目标物体的位姿并施加合理的抓取力等问题,对灵巧手手指结构、系统构型及传感器等方面进行了研究。提出了一种具有欠驱动特性及自锁特性的多指灵巧手手指结构方案及具有不同承载能力的腱传动结构方案,设计了二指、三指及五指灵巧手系统构型,开发了高灵敏度、低成本一维力传感器及触觉传感器;以三指灵巧手为例,加工了实验样机,利用实验样机进行了相关实验。研究结果表明:该灵巧手的手指结构能够有效降低驱动源数量,实现机构减重,通过更改腱传动机构,可实现不同承担不同负载,具有较好的安全性和可靠性,一维力传感器及触觉传感器具有较高的灵敏度、准确性及低成本特性,该灵巧手指具有较高的重复定位精度,可完成针对不同形状物体的稳定、可靠的抓取任务。     

新型欠驱动拟人假肢手指的设计与分析

根据欠驱动原理设计了一种用于拟人假肢手的新型欠驱动手指.通过静力学分析得到了手指抓取力的表达式以及影响因素.通过分析和仿真表明,该欠驱动手指结构简单,并具有很强的抓取形状自适应能力,抓取性能优异.这种设计和分析方法为拟人假肢手指的设计提供了一种新的思路.     

基于构型演变和李群理论的2T2R型四自由度并联机构型综合

基于构型演变和李群理论提出一类2T2R型四自由度并联机构型综合的系统方法。将6R平面机构某构件两端的R副替换为U副,并添加2条具有六自由度的支链SPS,演变成一个空间并联机构2RRU-2SPS;运用李群理论,综合出等效支链,构造一类2T2R型四自由度并联机构。对一种新型2RPU-2SPS机构,运用单开链法进行自由度的计算和主动副的选取,结果表明所提出的型综合方法正确可行。     

基于约束变化特征分析的变胞机构构型综合方法

变胞机构可认为是机构构态按照特定规律进行连续变化的运动链序列集合,能够适应多种不同的工作任务和功能需求.可进行连续构态变化是变胞机构区别于传统组合机构的重要特性之一,而约束变化是使其构态发生变化的本质原因.根据变胞机构的多构态特性及其约束变化特征分析结果,给出约束变化的实现方式,提出变胞运动副的设计原则.在此基础上,提出一种变胞机构构型综合方法,其实质是根据变胞机构各阶段工作任务和约束条件得到各构态机构构型方案,并对各相邻构态机构方案进行相似度分析和筛选,进而以约束变化特征为基础设计变胞运动副,实现各最优相邻构态机构方案的耦合.以一种物料运输车驱动机构的设计为例对此方法进行验证.     

基于SOC的微气压传感器研究

研究了基于SOC的微气压测试系统的工作原理,设计了基于集成温度传感器的微气压测试系统.以AD590为例,实现了微气压测试和系统的单片集成.测试结果表明,在恒功率加热模式下,系统在一定的气压范围(1～100kPa)内,对微小气压的响应具有良好的线性性质,易于实现信号处理电路和传感电路的单片集成.     

基于多零件工序族工艺规划的机床产品构型综合设计

针对机床产品的定制问题,以基本工艺元为基础将多零件工序族进行组合,建立了工艺和机床结构的映射关系,建立了机床的运动功能模型并计算完成工序族所需要的运动范围,制定了机床的运动学图谱并根据约束条件进行选择,使机床的工艺能力在多零件工序组合的加工需求变化范围内,从而实现机床的定制柔性。工艺聚类和排序为实现以工艺能力为导向的机床结构设计提供了依据,保证了设计的定制性,最后以实例进行了说明。     

基于ASRCKF算法的锂电池SOC估算

针对平方根容积卡尔曼滤波(SRCKF)估算SOC时需要准确获得系统状态及测量噪声协方差这一缺陷,将基于电池模型输出电压残差序列的协方差匹配思想引入平方根容积卡尔曼滤波,提出了自适应平方根容积卡尔曼滤波算法(ASRCKF).以18650型锂电池为实验对象,建立了戴维南等效电路模型,采用递推最小二乘法辨识电池模型参数,最后...     

拓扑特征演化分析下行星变速机构构型综合

针对用多个行星排和操纵元件组成预设挡位数和传动比的可行变速机构方案繁多的特征,提出了一种基于拓扑特征演化分析的行星变速机构构型综合方法。根据行星变速机构的基本构件组成,建立了行星排组和离合器组模型的设计准则,定义了相对转速意义下行星变速机构的构件和关联函数邻接矩阵,推导了构态演变的数学模型,实现了特殊构态拓扑特征的自动识别,构建了满足预设挡位数要求的构件组模型。在揭示不同构态拓扑演化特征的基础上,提出行星变速机构特性参数计算和构件属性判别的方法,实现了行星变速机构的构型综合。最后通过设计实例验证了所提方法的有效性和准确性。     

基于螺旋理论和自由度分配的混联机器人构型综合

合理的混联机构设计结合了串联机构和并联机构的优点,但是混联机构构型是机构设计中的难点。针对这一问题,提出一种基于螺旋理论和自由度分配原理的混联机器人构型综合方法,并通过四自由度混联机器人构型过程对该方法进行了验证。通过螺旋支链法完成并联机构构型,得到二、三自由度并联机构;根据自由度分配的原理,结合期望自由度对自由度进行分配,并进行四自由度混联机器人构型综合,得到了一系列四自由度混联机器人构型。     

一种新型并联手指机构

文中结合串联机器人与并联机器人的优缺点，采用平面3～DOF并联机构，设计了一种新型的机器人并联手指机构，给出了机械设计方案，具有很好的应用前景。     

基于扩展卡尔曼滤波的锂离子电池荷电状态估计

针对电池荷电状态（SOC）难以准确估计的问题,采用扩展卡尔曼滤波方法来提高SOC的估计精度。首先以磷酸铁锂电池为研究对象,建立了电池的PNGV等效电路模型,并采用充放电实验和离线辨识的方法得到模型中的参数,得到了开路电压、欧姆内阻、极化内阻和极化电容与SOC的多项式函数关系;然后,对模型进行验证,并分析了模型的准确性;最后,在实际工况下,运用扩展卡尔曼滤波方法估计锂离子电池的SOC值,并与安时法计算的SOC值进行比较。结果表明,PNGV模型结合扩展卡尔曼滤波方法估计的锂离子电池SOC值的最大误差仅为2.78%,提高了电池SOC的估计精度。     

基于螺旋理论的锻造操作机构型综合

为了进一步提高锻造操作机的解耦性能,构造了两种类型的串并联形式的混联机构以作为锻造操作机构型。锻造操作机构型Ⅰ的升降运动用平行4R机构实现,其俯仰、侧摆、侧移、大车前进方向的移动和侧向冗余移动用五自由度并联机构实现;锻造操作机构型Ⅱ的升降和俯仰运动用由R和平行4R机构组成的串联运动链实现,其侧摆、侧移、大车前进方向的移动和侧向冗余移动用四自由度并联机构实现。然后采用基于螺旋理论的约束综合法综合了五自由度并联机构和四自由度并联机构,得到了数种无过约束和过约束五自由度并联机构,以及无过约束四自由度并联机构和过约束四自由度并联机构。