环境自适应软体机器人驱动方式和路径规划研究

软体机器人具有优越的柔软性能,能够灵活的穿越狭小的空间,并且对非结构化环境具有较强的自主适应能力．驱动方式和路径规划是软体机器人的关键,其驱动分为有缆驱动和无缆驱动．采用气动、形状记忆合金、电活性聚合物、聚合凝胶等作为驱动器．气动、形状记忆合金之类的驱动器灵活度低、自由度少;电活性聚合物以及聚合凝胶之类的驱动器灵活度高、自由度高．软体机器人的路径规划主要采用人工智能算法,在实际使用中还存在一系列的问题需要继续研究．比如概率路线法和碰撞检测法都易陷入局部最小点与最优点：遗传算法运算效率不高、在线规划困难：神经网络算法泛化能力差等．现在可用的智能算法都只适用特定的物体而不适用通用可变形物体．未来需要致力于柔性驱动器以及新型路径规划算法的研究．     

软体机器人前沿技术及应用热点

 随着材料学、化学、控制等学科的不断突破,人们对章鱼、蠕虫、海星等软体生物的观察及建模有了突破性进展,并衍生出一门新的机器人研究方向--软体机器人。本文通过回溯软体机器人的发展历程,介绍了近年来软体机器人在材料类型、驱动方式、应用领域等方面取得的进展以及面临的挑战,并结合中国国情展望了软体机器人未来发展的前景与方向。     

软体机器人研究进展

软体机器人是由柔性材料加工而成的,可以任意改变自身尺寸,与刚性机器人相比具有高顺应性、适应性和安全性等特点,在工业、农业、医疗、救灾等领域都有广阔的应用前景,受到国内外学者的青睐。文中从制作材料、制作方法、驱动方式、应用领域、传感与控制方面对软体机器人进行综述,介绍了软体机器人的制作材料和柔性材料的新成果,以及近年来制作软体机器人较新的方法;按照驱动方式将软体机器人分为流体驱动、智能材料驱动、化学反应驱动,并对每种驱动方式的特点和典型结构进行了总结;对软体机器人的建模方法和控制策略进行归纳与分析,得出了开发刚柔并济的新材料、高效制造和精准控制是研究软体机器人的未来方向。     

水下软体机器人柔性驱动方式及其仿生运动机理研究进展

 随着水下作业要求的增加以及软体机器人技术的发展,水下软体机器人的研究成为水下机器人的一个前沿方向。用人工肌肉实现驱动控制并能实现仿生运动的水下软体机器人成为相关领域的研究热点。本文介绍现有水下软体机器人中7类人工肌肉驱动方式,再根据水下软体机器人推进形式,按5种仿生运动形式介绍了现有的水下软体机器人,最后展望了水下软体机器人未来在水下勘探的应用前景。     

三足软体爬行机器人设计与研究

设计了一种三足软体爬行机器人,完成了机器人的直线、转向和路径规划运动实验研究.该软体爬行机器人采用了模块化设计,躯干和腿由硅胶和3D打印材料结合制造而成,便于组装和维护.软体爬行机器人前后腿的末端分别固定有摩擦滑块,用以辅助运动.软体爬行机器人采用电机-线缆驱动方式,通过对驱动电机的控制器编程,控制3个驱动电机协同工作来实现不同的运动形式,进行了直线爬行、转向运动和路径规划实验.实验结果证明,所提出的三足软体爬行机器人具备连续爬行和切换运动模式的复杂运动功能.     

基于形状记忆合金的软体机器人研究综述

近年来,形状记忆合金(shape memory alloy,SMA)由于噪声小、回复应变大和生物兼容性好等优点,得到了广泛的使用和研究.为了研究SMA在软体机器人领域的应用,首先对SMA在国内外的研究现状进行了分析,接着对SMA的形状记忆效应(shape memory effect,SME)、超弹性、电阻特性进行了阐述,最后介绍了SMA在软体机器人领域的应用现状.     

面向软体机器人的新型变刚度技术研究进展

 软体机器人具有多样的运动自由度和良好的环境适应性,而低刚度限制了其实际操作的承载能力。因此,发展面向软体机器人的变刚度技术是当前研究的前沿热点问题。综述了近5年新型变刚度技术进展,分析了其工作原理（静电吸附原理、层干扰原理、自锁折纸机理、电/磁流变原理和最小势能原理）、变刚度性能及实际应用。讨论了当前变刚度技术的挑战和未来的发展方向,并探讨了新一代变刚度技术的潜在研究价值。     

一种可变直径软体机器人的设计

为了解决刚性机械手安全性低、适应性差的问题,设计一款具有抓取功能的软体机器人。该软体机器人由三个呈圆周 120°分布的软体驱动器和一个夹具组成,夹具可以实现自动化改变直径以适应不同大小物体的抓取,经测算软体机器人可以抓取直径范围为 45mm~97mm 的物体。夹具和软体驱动器都采用3D打印制造,具有成本低、制造简单、易于大规模生产的优点。软体机器人采用气压驱动,当给驱动器充气时,三手指同时弯曲抓取物体,具有很好的稳定性。对于软体驱动器建立了相应的力学模型,得到了弯曲角度与输入气压的关系,并利用ABAQUS 有限元仿真软件对驱动器弯曲特性进行仿真。对比发现,理论建模和仿真分析在驱动器弯曲角度具有很高的吻合性。     

机器人软体材料研究进展

 机器人软体材料分为软体驱动材料和软体感知材料,在仿生机器人中分别起到效应器与感受器的作用。故在制造仿生机器人时,软体材料的开发越发重要。本文概述了机器人软体材料与软体机器人概念上的差异,按照软体驱动材料和软体感知材料分别综述了机器人软体材料的发展动态,并探讨了这两类重要的机器人软体材料研发方面挑战及趋势。     

形状记忆合金驱动的软体仿生手掌

与刚性部件控制的机械手臂或者手指相比,以记忆合金丝作为驱动器的驱动部件,避免了结构复杂的刚性部件以及复杂的运动反馈控制系统,其输出力—重量比高,驱动方式简便,引起各界的关注。本文以形状记忆合金为基础,设计试验了一种形状记忆合金丝驱动的软体仿生手掌。阐述了驱动记忆合金的原理、手掌的制作原理,建立了软体仿生手掌的运动学模型,采用matlab进行了运动学仿真验证分析,通过物理试验证明记忆合金驱动的软体仿生手掌可以达到手指弯曲及实际物体抓取的效果。     

模块化软体机器人运动模式

设计了一种模块化软体机器人,其由多个可变形的球形模块单元组成,根据球形模块单元的膨胀和收缩,能改变自身的尺寸向前移动.应用有限弹性理论,分析了球形模块单元的充气膨胀过程,结果表明球形模块单元的初始膨胀半径越小,其最大压力越大.描述了3个球形模块单元依次膨胀和收缩过程,得出1个周期内该软体机器人的运动模式.最后, 通过3个球形模块软体机器人膨胀和收缩运动的实验,验证了模块化软体机器人运动模式的可行性.
     

悬臂搬运机器人

阐述了悬臂搬运人的机构组成,工作原理,讨论离以可编程控制器为核心的机器人控制系统,控制软件中一些方法和技巧对其它工业顺序控制问题具有一定的参考价值。悬臂搬运机器人在中山森莱公司电池极板生产线上的实践应用表明,该机器人具有结构精巧,控制可靠,运行平稳,价格低廉的特点,适于在电池,电镀,热处理,堆垛等行业推广。     

电磁驱动球形机器人的原理及性能分析

提出了一种电磁驱动全方位运动球形机器人驱动原理：通过电磁磁芯与永磁磁钢之间的吸引或排斥力,带动内部驱动机构绕主轴旋转,实现球形机器人的前进和后退;由电机带动飞轮一起旋转,实现电磁驱动球形机器人的转向运动,两种运动合成即可实现球形机器人的全向滚动。对球形机器人的滚动条件、越障能力、爬坡能力、转弯特性等作了静力学分析。为提...     

软体机器手纤维增强式三腔体结构设计与分析

根据人手三指节结构,提出纤维增强式三腔体仿人软体机械手和新型布管方式.采用Neo Hookean模型建立了软体机械手单指的大变形数学模型,分析了软体机械手单指的形变特征,建立了弯曲模型和扭转模型.采用Ecoflex 00-50与Dragon skin 30 进行1∶1比例混合制作软体手指,并利用测试数据对理论模型进行了误差修正.结果表明,提出的新型软体手指结构的理论模型和实际测量数据一致,相对于其他结构,新型布管方式增加了整体的稳定性,得出的结论可为仿人软体机械手的发展提供理论支撑.     

多自由度模块化链节式8足机器人三总线控制系统设计

多自由度模块化链节式8足机器人的高自由度以及相似的单元结构对其多样步态的实时控制提出新的要求.为解决其控制问题,研究了多足生物的运动特点,并利用从中发现的步态周期传递特性建立了一套适用于多足机器人的控制策略、三总线控制系统及软件算法.经实物样机验证,采用此控制系统的机器人可完成不同步态的灵活切换,并可通过不同的传递周期改变体节之间的相位差.该控制系统可以完成所要求的控制任务,合理简化机器人的步态控制算法和程序.      

仿生四足机器人嵌入式控制系统设计与实验分析

仿生设计一款小型的单腿具有四自由度的仿生四足机器人,开展机器人运动学正逆解分析。基于ARM Cortex-M3内核的嵌入式芯片建立了机器人控制系统。该控制系统以半双工串口通讯方式向各个关节数字舵机发送步态数据包,控制舵机转动角度值,从而精确地控制四足机器人的稳定协调运动。实验结果表明:机器人在行走过程中机身的横滚角、俯仰角、偏航角(RPY角)变化较小,运动较为平稳,验证了机器人运动学正逆解准确性;以及所设计的嵌入式控制系统能较为精确地控制四足机器人运动,实现稳定的四足行走。该小型的嵌入式控制系统具有运算处理速度快、外设可扩展性和存储能力强的优点,满足仿生四足机器人智能算法、低功耗运动要求。     

参赛手动机器人性能初探

依据大学生机器人大赛的规则,对参赛手动机器人提出了主要技术指标,并对行走机构、抓取机构和控制系统的方案进行了分析研究,详细阐述了机械结构的特点和控制系统的功能。手动机器人的稳定、可靠、实用的性能通过比赛已得到验证。     

智能仿生玻璃清洁机器人造型设计及功能配置

针对高空玻璃清洁作业中存在的危险性高、操作困难的问题,设计了一款智能仿生玻璃清洁机器人Spider Crab.在分析高空玻璃清洁过程中可能出现的问题,借鉴有关机器人研究成果的基础上,进行了机器人整体造型设计及功能配置.该机器人具有自我充电、选择清洁、多重保护等功能,应用范围广,适应性强.