晶格型模块化软体机器人自重构序列

设计了一种基于膨胀-收缩运动规则的晶格型自重构模块化软体机器人.机器人由多个软体模块组成,每个软体模块由呈正六面体构型的硅胶主体和主从对接面组成.软体模块内部的凸起设计使其具有良好的膨胀性能,主从对接面是由与硅胶主体螺纹连接的铁盘、吸盘式电磁铁组成.基于软体模块体积变化与内部压强的关系式,对软体模块的充气膨胀进行分析,建立了充气气压与软体模块膨胀量之间的映射关系,获得相邻两软体模块连接所需的充气气压.每个软体模块在工作气压为30 kPa的情况下能够膨胀1.5倍,使用电磁铁连接及软体模块的膨胀-收缩运动规则实现相邻两软体模块的对接与分离,多个相邻软体模块的依次对接和分离可以实现模块化软体机器人的自重构.通过软体机器人自重构实验验证机器人自重构的可行性.     

模块化软体机器人多模式运动分析

为了探讨模块化软体机器人驱动模式多样性对实现有效运动的影响,设计了一个6模块软体爬行机器人,并进行了多模式运动分析。使用差动运动模块设计了一个通过前进波在机体上的传递实现运动的机器人;分析了爬行过程中充放气模块的受力状态和充放气模块位置间隔之间的关系,得出了满足充气时模块获取的运动量、放气时模块向前传递运动量这一单向运动必要条件的位置间隔关系式,依据该模型得到了6模块机器人的10种可行运动模式;采用集中质量法对机器人建立拉格朗日动力学模型,通过ADAMS仿真验证了不同驱动模式的可驱动性;通过实验验证了机器人的可行运动模式并得出了不同模式下的运动速度。研究结果表明:使用充放气模块位置间隔关系公式来分析模块化爬行机器人运动模式可行且准确;多模块软体机器人具有丰富的运动模式,依据驱动模式的不同即可实现运动速度的变化;通过选用高效的运动模式A1D2,多模块机器人可实现最大运动速度13.2mm/s。     

软体机器人驱动方式

<正>选择合适的驱动方式是软体机器人研究中的一项重要课题。因其材质与结构的特殊性,软体机器人对驱动方式的选择也有着更高的要求。流体驱动:利用气、液等流体,通过其变形结构使软体机器人内部腔体收缩、膨胀,达到受控变形和运动的目标。美国哈佛大学仿生机器人实验室研发的软体机器人Octobot是世界上首个全软体机器人,其基体由3D打印技术制造而成,采用气动驱动的方式,通过化学反应产生大量气体,借助压强变化实现爬、游泳等基本活动并与外界环     

多气囊仿生软体机器人设计及其运动特性分析

设计了一种多气囊仿生软体机器人,由位于上方的多个相互连通的气囊和位于下方的双层底座组成,通过给气囊充气以使软体机器人产生弯曲,通过在软体机器人前、后表面设置不同的摩擦片,机器人能够利用前、后摩擦力的不同而得以前行;利用ANSYS软件分析软体机器人充气、放气过程中的内应力,以改善机器人的结构设计;采用Yeoh模型研究软体机器人运动过程中的力学特性,在理想条件下推导出软体机器人的前行步幅与气囊内部气体压力的非线性关系模型,并通过仿生软体机器人的充气和前行运动实验验证仿生软体机器人前行运动的可行性.结果表明,当充气压力为90kPa时,机器人前进的步幅为19.25mm,与其理论值(22.85mm)基本一致.     

无环境阻力的尖端生长型软体机器人研究综述

尖端生长型软体机器人是一类新型的软体机器人,其制作简单、成本低,通过压力驱动主体外翻实现机器人的"生长",且具有运动过程中无环境阻力的独特优势,在诸多领域有着广阔的应用前景.目前,机器人的变刚度控制、大范围变形检测及精准控制是软体机器人存在的三个主要问题.围绕提出的软体机器人存在的三个主要问题,从机器人灵感来源、基本结...     

模块化自重构机器人关键技术综述及研究展望

近年来，模块化自重构机器人因其构型复杂多样、运动模式丰富多变、目标构型可重构等特性而备受关注。通过对模块化自重构机器人关键技术的文献进行归纳，对现有的模块化自重构机器人关键技术进行了全面总结。首先，介绍了模块化自重构机器人的结构特点以及拓扑结构，重点分析了3种拓扑结构的优缺点以及发展趋势；其次，对自重构机器人现有的关键技术进行了综述，重点关注了模块化自重构机器人3种不同连接结构的物理原理和基本结构、机器人模块的重构算法以及重构过程的快速性3方面技术，分析总结了其优缺点以及发展现状；最后，针对自重构机器人空间在轨、抢险救灾两项任务的发展前景进行了展望，并提出未来的研究重点：1）探索连结结构的强刚度和轻质量的兼具方法，高效快速完成机器人重构过程；2）作业过程中，重构算法的高容错性和低耗能发展；3）将实时数据与所建立的动力学模型进行有机结合，对机器人进行人工调整，提高机器人的作业效率。     

M-Lattice模块机器人的运动学分析及构型优化

针对模块机器人在运动过程中遇到的运动干涉问题,提出了一种应用于M-Lattice模块机器人的构型优化设计.通过引入平动关节,实现模块机器人机械臂的收缩和伸展运动,从而避免运动干涉.通过运动学分析,在避免运动干涉的前提下尽可能减少平动关节的行程,从而顺利完成自重构过程并确保模块机器人自身的结构强度及稳定性.通过对不同运动情况下的运动空间的仿真和原型机实验,验证了优化构型的可行性和运动能力.结果表明,引入的平动关节能够很好地避免模块间的运动干涉且各机械关节的设计切实可行,为后续大规模模块机器人系统的研究建立了基础.     

全局信息分布式控制的自重构机器人运动研究

为了改进系统的性能，构建了同构阵列式模块化自重构机器人M．Cubes，该机器人具有12个自由度；结构简洁、紧凑，控制方便简单，可以构建任意的立方体结构，并对M-Cubes模块的基本运动进行了描述。搭建了基于自重构模块的分布式多智能体控制结构，根据系统的全局信息进行分布式控制，将控制分为三步，规划、协调和运动控制。结合模块的空间矢量进行路径规划，利用agent技术对模块间的相互作用进行协调，最后产生模块的翻转，实现模块的运动。利用Java3D技术建立了可视化的模块化自重构机器人仿真环境，在此平台上对模块的运动进行了仿真，给出了一个4X2X2矩形阵列模块的平移仿真示例，验证了该控制算法和仿真平台的有效性。     

软体尺蠖爬行机器人建模与仿真分析

高效计算并整体分析软体尺蠖机器人的运动规律和行进步态是个具有挑战性的难题.在准静态条件下,建立了一个由刚性滑块和曲梁构成的简化力学模型,对该类机器人进行准静态的建模与仿真分析.首先基于欧拉-伯努利梁理论,给出了曲梁的总势能表达式.其次,利用变分原理,由总势能推导出控制方程,联立边界条件,建立了常微分方程组,并对其进行离散化以及无量纲化,给出了用于数值求解的非线性代数方程组.然后,根据曲梁和地面的接触情况以及系统的黏滞与滑移状况,将机器人的整个运动过程分为三个阶段,通过数值计算,得到在不同阶段下曲梁随初始曲率幅值变化的不同构型,描述出软体机器人在一个周期内的运动规律、步态变化和净位移量,解决了软体机器人在不同阶段的运动衔接问题.准静态方法的特点是计算效率较高,更加适用于对软体机器人的运动构型进行分析.     

混合型自重构机器人的结构设计及运动描述

设计了一种新型的混合型自重构模块化机器人.该机器人由多个相同的呈三棱柱状的主从式基本模块组成,每个主模块包括3个主驱动电动机及齿轮传动装置,每个从模块包括2个从驱动电动机及齿轮-齿条传动装置.根据齿轮、齿条不同运动速度,分析了该自重构机器人相邻2个基本模块中从模块的轴插入主模块的孔中完成对接动作的过程.基于基本模块的几何特征,描述了该自重构机器人的基本空间构型,最后仿真实现了该机器人从直线型变形为正六边形的过程.仿真结果表明,混合型自重构机器人基本模块结构设计紧凑,能对接和脱离,实现机器人的变形过程.     

直角梯形ETFE气枕塑性成形试验与数值分析研究

乙烯 四氟乙烯共聚物(ETFE)薄膜材料具有良好的塑性性能,利用这一性能,ETFE气枕可以进行基于平面裁剪的塑性成形.制作了两个直角梯形ETFE气枕模型,设计了气枕充气泄气压力控制系统,对两个气枕分别进行充气成形试验和循环充气加载试验,利用激光位移计对膜面位置进行测量.试验结果表明,经过2kPa内压的塑性成形,得到的两个气枕的矢跨比分别为1/9.4和1/10.3,成形过程使ETFE薄膜材料发生强化.采用多折线各向同性强化的弹塑性材料模型模拟ETFE薄膜,通过ANSYS软件进行了气枕成形以及循环加载的数值分析,并对数值分析结果与试验结果进行了对比分析.     

全对称球形机器人的设计及动力学分析

针对球体不存在失稳的特性,提出一种完全对称结构的球形机器人.该球形机器人由2个电动机驱动2组螺旋传动机构带动球壳滚动实现直线运动,并通过改变球内部分的重心位置实现转弯.建模型时,将球壳与内部机构分离,把球内部分完全看成是球壳的驱动力,使理论分析得以合理简化,实现了利用力学的达朗贝尔-拉格朗日变分原理和非完整系统理论对球形机器人动力学的精确解算.通过对它的直线运动、转弯运动、爬坡能力等进行了具体分析,证明了该设计的可行性,并确定了影响该球形机器人运动性能的参数.     

滚-跳多运动模式球形机器人的动力学仿真研究

复杂的探索环境对探测机器人的通行能力提出了更高要求,具有多种运动模式的球形机器人是探测机器人领域的研究热点之一。通过对球形机器人内部构件质量分布的调节,设计了一种基于单摆驱动式的滚-跳多运动模式球形机器人,其具有滚动、转向、爬坡与跳跃4种基本运动能力;随后,又根据球形机器人的设计方案建立了球形机器人4种基本运动动力学方程。利用Automatic Dynamics Analysis of Mechanical Systems （ADAMS）软件构建该球形机器人虚拟样机并对其进行了滚动、转向、爬坡与跳跃的动力学仿真,最后以此为依据计算滚动、转向、爬坡与跳跃运动性能的仿真值,并制作实验室样机验证了动力学仿真的正确性。     

气动人工肌肉驱动仿人肩关节机器人的设计及力学性能分析

柔索驱动球关节机器人采用柔索替代连杆作为机器人的传动元件,结合了并联机构和柔索传动的优点. 文中提出了一种新型带有万向球轴承的仿人肩关节并联机器人,它由多支气动人工肌肉驱动,由于万向球驱动机构的引入,机器人可实现空间的三维转动. 介绍了该机器人的机构构型,并对其进行了力学性能分析. 该机器人的运动范围及负重能力达到并超过了人体肩关节性能指标的1/2. 相比其他并联机器人,该设计具有结构简单、旋转范围大、输出力矩大等特点.      

Reconfigurable robot based on modular joint concept

0IntroductionWiththe rapid progress of the modern science andtechnology,the acquirement and usage of resources willbe extendedtothe spacefromthe earth.But many activi-ties can not be completed without space robots,such asthe construction and maintenance of the InternationalSpace Station(ISS),the release and retrieve of the satel-lite[1,2].Since space robot has been brought forward,upto date,the Canadarm2(SSRMS)is the only real-work-ingrobot manipulator[3].ETS-VII is the worldfirst satel…     

一种大型球冠蜂窝灌注机器人结构设计与分析

针对航天器中大型球冠蜂窝防热层结构自动灌注问题,设计了一种3自由度混联灌注机器人,并建立灌注机器人的机构模型.该混联机器人结构紧凑、驱动简单、占地面积小,末端灌注装置始终垂直于球冠面移动,有利于蜂窝结构的灌注;采用多机器人操作模式,提高了灌注效率.通过建立运动学约束方程,分析了机构的运动学反解,同时建立了机构的速度雅可比矩阵,在此基础上,利用一种高效的数值正解算法分析了运动学正解,并通过对位置正解的分析得出灌注机器人的整个工作空间,并基于速度雅可比矩阵对机构的灵巧性和奇异性进行分析.结果表明灌注机器人能够实现对蜂窝结构的精确定位,且工作空间能够达到整个球冠面,满足蜂窝防热层结构的灌注要求.     

轮腿式机器人多运动模式运动学分析与建模

轮腿式移动机器人具有轮式、履带式和腿式等多种运动模式,对不同运动模式下的运动特性进行了分析,建立了轮式运动模式下的运动学方程,对履带运动模式下的转向运动学进行了运动学建模;通过对机器人在腿式模式的姿态描述,建立其运动学模型。为对轮腿式机器人进行综合运动分析,实现机器人控制提供了理论基础。     

球形破片对带软质防护明胶靶标侵彻机制研究

为揭示球形破片侵彻带软质防护明胶靶标的作用过程和机理,对球形破片侵彻带软质防护的弹道明胶进行了仿真与试验研究.结果表明：在球形破片撞击带纤维软防护明胶靶标瞬间,明胶的凹陷速度有个迅速的上升过程,在此期间钢球速度迅速衰减,防护层的破坏主要是以剪切破坏为主;随着钢球速度的不断减小,防护层纤维的拉伸变形越来越明显,钢球的动能开始大量转化为防护层的弹性势能,防护层的破坏主要是以拉伸破坏为主;防护层在未被击穿情况下,仍有明显的"背凸"现象,在明胶内部产生了典型的压力波效应,距明胶前表面40 mm处峰值压力在3.53 MPa左右,仍可对人体器官造成一定损伤.     

开放式自主移动机器人系统设计与控制实现

采用面向对象的方法设计了一个自主移动机器人系统--Frontier-I,并将Linux/Unix 下的进程间通信机制应用到系统的设计中.该系统基于Windows操作系统,采用全向视觉,能够实现诸如避障、导航和机器人足球等复杂的任务;在模块化的设计下,系统能够方便地加入新的模块以扩展其功能.