具有壁面自适应能力的磁吸附爬壁机器人设计

为解决爬壁机器人在船舶货舱清洗过程中多壁面过渡的问题,该文设计了一种具有壁面自适应能力的磁吸附爬壁机器人,其包括磁吸附机构、自适应清洗机构和行走机构。该文首先通过建立机器人壁面过渡时的力学模型,得到机器人磁吸附力的分布特点,并据此设计出一种弧形磁吸附机构。然后利用 ANSYS Maxwell 3D 软件对该机构磁吸附力的分布进行优化,以满足壁面过渡的需要;此外,还在机器人前端设计了一种自适应清洗机构,通过对该机构的结构原理进行分析和实验,验证了清洗机构也具有壁面过渡能力。最后通过模拟船舶货舱壁面的实际特点,对机器人样机进行壁面过渡综合实验,完成了机器人舱底过渡行走实验和舱顶过渡行走实验,验证了该机器人的壁面自适应和舱内行走的能力。     

基于DSP技术的爬壁机器人吸附控制系统设计

壁面吸附是爬壁机器人的基本功能之一,其吸附程度直接影响爬壁机器人的稳定性和移动速度;为此,设计了基于DSP技术的爬壁机器人吸附控制系统;选择爬壁机器人传感器装置,加设DSP数字信号处理器,设计爬壁机器人吸附控制器;在硬件结构的支持下,根据爬壁机器人的组成结构和工作原理,构建相应的数学模型;在该模型下,利用DSP技术计算爬壁机器人吸附力;通过爬壁机器人在壁面环境下的受力分析结果,确定爬壁机器人安全吸附条件;以吸附控制器作为执行机构,实现爬壁机器人的吸附控制;选择负压爬壁机器人作为测试样机,通过系统测试表明,在瓷砖、木板、玻璃三种壁面环境下,与两个对比系统相比,应用此次设计系统得出爬壁机器人吸附力的控制误差降低了2.04 N,倾覆风险系数降低了0.29,具有较好的吸附控制效果。     

基于D-H参数的爬壁机器人吸附控制系统设计

传统爬壁机器人吸附参量存在同步不对称的问题,导致爬壁机器人吸附控制系统输出控制量精度降低,影响机器人整体控制效果;为了解决爬壁机器人吸附参量不对称问题,提出基于D-H参数的爬壁机器人吸附控制系统设计;基于D-H参数特点,设计系统总体框架,框架共分为硬件与软件两部分;硬件主要利用动态陀螺仪控制器控制处理指令数据,完成处理模块设计;通过无线控制遥感器KJ-F6000X-T6实现控制模块设计;软件部分采用与D-H参数相关的算法对控制程序进行设计;通过实验对比数据表明:提出设计系统具有同步爬壁机器人吸附参量对称性,单次控制量、双次控制量、多次控制量系数分别为0.7、0.6、0.5,符合控制系数标准范围,能够提升系统控制量输出精度。     

电磁微马达驱动全方位永磁轮式爬壁微机器人

介绍了一种全方位微型轮式爬壁机器人.将轴向磁通电磁微马达与永磁轮集成在一起,实现驱动吸附一体化设计.采用一套转向齿轮和三个永磁轮,设计了全方位的爬壁机构.通过动力学分析,导出微机器人爬壁所需的力矩和磁力,并结合永磁轮自身的设计约束,采用ANSOFT和Pro/Engineer仿真对其尺寸进行了优化,从而在相司负载的情况下...     

基于Netvlad神经网络的变磁力吸附爬壁机器人控制系统设计

变磁力吸附爬壁机器人是一种具有快速、灵活移动方式的爬行机器人,但其吸附力难以控制,越障稳定性较差,难以保证机器人的平稳爬行;为实现爬壁机器人在大型建筑结构外表面的自主避障,提升机器人与运动平面之间的吸附紧密性,设计基于Netvlad神经网络的变磁力吸附爬壁机器人控制系统;按照PCB控制要求,连接外置SRAM设备与传感器模块,借助驱动I/O口电路提供的电力驱动作用,控制气动阀门的闭合情况,完成变磁力吸附爬壁机器人控制系统硬件结构设计;建立Netvlad神经网络体系,通过划分控制指令程序任务的方式,确定移植参数取值范围,实现对控制协议的移植处理,联合相关硬件应用结构,完成基于Netvlad神经网络的变磁力吸附爬壁机器人控制系统设计;实验结果表明,在所设计系统作用下,障碍物所在位置与爬壁机器人所在位置之间的实测距离未大于30cm,能够有效实现自主避障,保证机器人与运动平面之间的紧密吸附。     

磁吸附爬壁机器人控制系统的研究

在研制爬壁机器人基础上，比较了磁吸附爬壁机器人的各种吸附与驱动方式的优缺点，设计了机器人的控制系统，推导出控制算法，并实验结果表明控制系统能满足工作要求。     

磁吸附爬壁机器人控制系统的研究

在研制爬壁机器人基础上，比较了磁吸附爬壁机器人的各种吸附与驱动方式的优缺点，设计了机器人的控制系统，推导出控制算法，并实验结果表明控制系统能满足工作要求。     

湿吸附机理及其在仿生爬壁机器人中的应用

提出一种新的基于湿吸附机理的仿生爬壁机器人．首先讨论湿吸附模型及吸附力的控制方法,对一种 基于硫化硅橡胶（聚合物）的仿生足垫的湿吸附力进行测试,由此验证足垫与壁面间的液体薄膜对吸附力的积极影 响．然后设计一种实验研究用的轮爪式仿生爬壁机器人,并对其进行静力学分析．最后对所设计的机器人进行爬壁 试验．结果表明,液体薄膜可以有效提高足垫吸附力,所研制的湿吸附机器人可吸附于约85度的壁面,可成功爬行 于坡度约65度的玻璃壁面,一定程度上验证了湿吸附机理爬壁机器人的可行性．     

两端吸附式焊缝修形爬壁机器人研制

针对大型钢结构件曲面补焊焊缝自动化修形需求,研制了一种特殊结构的爬壁机器人.该机器人的末端修形单元和移动平台均以永磁间隙吸附方式吸附于工件表面,通过含主被动关节的多自由度机械臂相连接.采用数学模型分析了新机构相对于传统单端吸附、串联悬臂式爬壁机器人的优点,计算了末端修形单元的吸附力条件.对试制的机器人样机进行的性能参数测试证明:两端吸附方式不仅大幅度降低对机械臂的刚度要求,同时,机械臂的被动关节使得爬壁机器人具有曲面自适应能力.     

仿尺蠖爬壁机器人自适应吸附及摇杆控制

为了解决真空吸附爬壁机器人爬行时,需要吸盘和壁面紧密贴合,不易操控的问题。建立了吸盘足至壁面的空间几何模型;基于D-H参数,建立了运动学模型,根据速度运动学逆解,设计了一种用于对称机构爬壁机器人的摇杆操作方法,将摇杆轴映射为关节速度闭环;根据位置运动学逆解,设计了自适应吸附动作,吸盘足与壁面距离小于设定阈值时,自动触发自适应吸附动作;搭建了机器人控制系统和自适应吸附装置,在水平壁面上进行爬行实验,验证了该方法可减小操控难度。     

一种新型仿壁虎爬行机器人的粘附阵列设计

分析了壁虎与表面间的微尺度粘附接触作用模型,在此基础上设计了一种具有主动控制能力的仿壁虎微纳米粘附阵列．给出了粘附阵列各设计参数,并介绍了微纳米阵列的加工工艺方法．     

Non-contact printing of proteins on reactive polymer surfaces: a novel route towards structured and graded cell culture carriers

Non-contact printing with a GeSiM Nano-Plotter^TM was applied to prepare cell culture carriers with lateral structures of different proteins bound to a reactive surface of poly(ethylene-alt-maleic anhydride). As a proof of principle, it was shown that protein microstructures obtained by this technique can direct the behavior of human endothelial cells. The cells adhere and proliferate on collagen type IV spots provided by the microstructured substrate. Since non-contact printing allows us to prepare a multitude of protein spots with different compositions and concentrations on one and the same reactive cell culture carrier, multi-parameter studies on the role of proteins and its anchorage to the substrate can be carried out in an effective way.     

微加速度计粘附问题的研究及应用

粘附是影响微机电系统(MEMS)可靠性的重要因素之一。针对MEMS的典型产品——微加速度计的粘附问题进行了研究,给出了2种典型的微加速度计的表征粘附特性的剥离数的表达式,并分析了将粘附条件应用于微加速度计的多学科设计优化之中,分析了其对系统结构设计产生的影响。     

微加速度计的力学分析

结合有关微加速度计的国内、外最新研究成果 ,以及科研中所遇到的实际动态测试问题 ,重点分析了微加速度计以下几方面力学性能 :频率、冲击载荷下的破坏以及由于尺寸效应引起的部件间的粘附现象 ,这直接关系到微加速度计的工作可靠性。最后 ,对这方面的研究提出了一些思路。     

动物运动力学测试系统

研究蜘蛛、昆虫等微小动物在地面、墙面、天花板等不同表面的光滑或粗糙状况下自如运动时的附着机理,可以为特种仿生机器人的研究提供理论依据。研制了动物运动力学测试系统,包括由16只三维微牛级力传感器组成的传感器测试阵列;48通道的信号放大、调理以及数据采集与处理;动态图像的放大、记录与分析等。该系统在仿生学的研究中有很大的应用价值,是了解和深入认识动物运动步态及其接触力学规律的重要手段。     

新型微小力测试平台的研制

针对大量昆虫可以在光滑的树枝和树干上自由活动的自然现象,提出了采用离心分离机和高速摄像机的方法,测试在不同的外部扰动下蚂蚁的脚与其接触表面间的粘附力和蚂蚁与接触面保持吸附状态的持续时间;通过测试平台的研制以及对蚂蚁的试验,测得质量为0．327 mg的蚂蚁在垂直面上的最大吸附力为0．574 mN,证明此方法是有效的。     

Design Of Anti‐Slip Controller For An Electric Vehicle With An Adhesion Status Analyzer Based On The Ev Simulator

The In this paper, a simulator of a one‐wheel Electric Vehicle system is designed for testing an anti‐slip controller using the Motor‐Generator system. The drive motor of the M‐G system is used to simulate the drive wheel of the Electric Vehicle, and the load motor is used to simulate the load force of the chassis. In the driving process, the torque of the load motor is changed according to the drive force of the chassis that is calculated by the program. So it can simulate the dynamic process of the tire‐road system. Based on this simulator system, an anti‐slip controller based on an Adhesion Status Analyzer is proposed. Information about the wheel speed is acquired by using a Back EMF Observer. A load torque disturbance observer is designed to stabilize the acceleration of the wheels. The Adhesion Status Analyzer is used to generate safe acceleration commands for the anti‐slip controller. When a slip occurs, the anti‐slip controller will decrease the torque quickly, and at the same time, by estimating the dynamic status of adhesion, the Adhesion Status Analyzer will restrain the acceleration command within a safe area. The effectiveness of the proposed approach is verified by using the EV slip simulator.     

硅基高通量单细胞阵列芯片制备与研究

采用微机电系统(MEMS)技术结合金属辅助化学腐蚀工艺制作出关键结构为纳米氧化硅的阵列芯片,细胞可以定点黏附在纳米氧化硅上.通过实验计算和分析得知,在0.7~23μm内,纳米线长度约为3μm时深宽比适宜,有利于黏附蛋白充分铺展,黏附效率达到最高85%.改变培养时间(5~480 min)和细胞浓度(0.5~4.0),发现培养时间在不低于4 h,细胞浓度在1.5时,由于伪足充分缠绕于纳米线上,阵列饱和度达到最高83%.实验结果表明:制作出的单细胞阵列芯片具有较高的黏附效率和阵列饱和度,达到了高通量的标准.     

基于模板匹配的多目标精确粘连分割算法

在提取多运动目标的基础上,利用目标运动的时空连续性,提出一种基于模板匹配的多目标精确分割算法。该算法首先利用混合高斯模型提取视频中的运动目标,然后利用模板匹配算法初步识别出每一个目标的区域,最后利用扩张算法扩充目标的完整边界区域。实验结果表明,与传统的静态粘连分割算法比较,所提出的算法不但能分割同一颜色的多目标视频,而且分割效果更准确更高效。     

烟草赤星病菌孢子叶面附着动态的初步研究

对烟草赤星病菌孢子的释放及附着进行了定量研究,结果表明：随着在烟草叶面上的孢子数量与地面以上高度呈指数关系,并随地面以上高度的升高而减少;在降雨量为2－10mm时,随降雨量增大,叶面孢子的冲刷率急剧升高;在降雨量10mm以上时,随降雨量增大,叶面孢子的冲刷率升高较慢。上午赤星病菌孢子飞散的数量与下午无明显差异,晚间孢子飞散的数量是白天飞散数量的2倍。