一种测力传感器固有频率的提高与测试

提高测力传感器的固有频率能有效增强被测力数据的可靠性。介绍了一种悬臂梁测力传感器提高固有频率的设计方案,以及用高温火焰烧断承载线产生阶跃激励以测试实体传感器固有频率的新方法。该方案使用有限元软件ANSYS对传感器进行模态分析和结构静力分析,结合仿真结果和悬臂梁固有频率公式修改模型,使测力传感器固有频率提高了60%以上,达到了360 Hz。实际测试结果与有限元仿真结果十分接近,充分证明了改进方案的有效性。     

壁虎运动反力和行为的动态同步表示方法

运动反力测试是认识动物运动力学规律的最直接途径,但目前测试得到的数据难以与运动行为很好关联。为此提出一种立体直观表示运动反力的方法,并和动物的运动行为直接关联。针对以往的人工筛选数据的方法,提出数字图像在动力学数据筛选方法研究中的应用：采用数字图像目标检测的方法进行数据的筛选,在保证筛选正确率的基础上提高筛选效率;结合高速摄像机获得的图片采用OpenGL纹理渲染的方式展现壁虎的运动状态和脚掌受力,实现用于分析壁虎运动状态和脚掌力间的协调关系,为四足机器人的步态规划提供重要参考。     

不同电压幅度刺激下大壁虎脚趾黏附-脱附力测试

爬壁机器人在民用、军事、航天等领域具有重要的应用,基于范德华力的仿壁虎干黏附爬壁机器人有着多环境适应性的优势。壁虎脚趾不同内收与外翻幅度下黏-脱附力对于研制仿壁虎黏附爬壁机器人具有重要的指导意义。通过对肌肉电刺激,不同的电压幅度将产生不同的动作幅度,进而影响黏附-脱附力。为了更好了解大壁虎运动时后脚第三趾脚趾黏附-脱附力与肌电间的关系,将麻醉后的大壁虎左右后脚第三趾分别放置在电磁屏蔽箱内的三维力传感器上,通过电刺激观察壁虎脚趾趾关节肌的收缩舒张来观察其黏附-脱附状态,并采集相应力信号。实验结果表明,壁虎脚趾的脱附力随着刺激电压的增加出现先增加后减少的过程,而其黏附力则是逐渐增加直至趋于平稳,说明壁虎脚趾有一个高黏附-低脱附的区间,即黏附力最大而脱附力最小,为仿壁虎黏附爬壁机器人脚趾的研制和控制方案的设计提供了有效的参考依据。     

用于壁虎脚掌接触力测试的3-维传感器

介绍一种3-维力传感器的结构和工作原理,用于测量壁虎爬行时脚掌与接触面间的3-维接触力,通过Ansys有限元分析软件,对这种结构的传感器进行结构静力分析和模态分析,检验这种结构的传感器用于小量程3-维接触力测量的可行性,该传感器三个方向量程均为±1.5 N,分辨力达到3 mN,实验表明该传感器适合壁虎爬行时脚掌与接触面间接触力的测试.     

异形管道内跨模式全景深成像方法与装置

异形管道在特种行业中具有极为重要的作用,对其内表面细微缺陷进行检测时所面临的空间小、径向尺寸变化自由等结构特征,使得传统管道内成像检测方式面临着因连续成像景深尺度变化大而造成的失焦问题,影响系统的高分辨力成像。针对这一问题,提出了跨模式全景深成像方法：通过融合成像表面深度数据与成像系统参数数据,自适应的决策当前的聚焦模式,并输出相应的合焦面深度集合。研制了具备深度感知的跨模式成像装置,并针对异形管道内壁细纹特征进行了成像实验。实验结果表明：本成像装置能够自适应的获取单聚焦图像或叠焦序列图像;对叠焦序列图像进行小波多聚焦融合,可获取全景深图像;所获取的全景深图像能够在40～1 000 mm内分辨出0.5 mm宽微小细纹。本成像方法及装置能够为异型管道等场景内的缺陷检测及损伤分析提供可靠的图像支撑。     

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。     

“行为-力”同步可视化展示系统的开发

动物行为信号的同步可视化展示为分析和理解动物的运动行为特征提供了有效手段。为了便于直观分析人的运动姿态与脚底接触力的关系,搭建了“行为-力”同步可视化展示系统。首先,利用LabVIEW软件实现了基于UDP （user datagram protocol,用户数据报协议） 的多通道三维力传感器和Kinect相机的信号采集;其次,提出了一种基于插值的数据同步处理方法,实现了运动姿态信号与脚底受力信号的同步处理;然后,采用多线程技术构建了同步实时可视化的虚拟展示系统,实现了运动轨迹、运动姿态和脚底接触力的同步实时展示;最后,通过实验验证了该展示系统具有较好的实时性。研究结果表明,“行为-力”同步可视化展示系统是研究动物运动行为特征的有效装置。     

壁虎在垂直的不同材料表面的运动与附着行为研究

用动物全空间运动行为-反力测试系统测试记录了大壁虎(gekko gecko)在垂直的玻璃、有机玻璃、铝和不锈钢表面的运动行为和运动反力。分析了壁虎在垂直的不同材料表面的运动附着能力与材料表面特性之间的关系。大壁虎在玻璃、有机玻璃、铝表面上采用对角步态向上爬行,运动与附着能力依次降低,在不锈钢表面不能爬行与附着。在玻璃表面的爬行速度是铝表面爬行速度的两倍。壁虎主要通过提高步频来提高速度。在运动与附着能力较弱的表面,壁虎对壁面的运动反力较小,通过降低爬行速度、提高占空比、增加腿的附着时间来保证运动的稳定与安全,并通过轴向力克服身体重力向上爬行,通过侧向力和法向力使身体稳定地附着在壁面上。壁虎在垂直表面的运动与附着能力随着接触面材料表面能的增加而提高。