Earthworm-like micro robot based on electromagnetic driver

According to the principle of bionics, a prototype of the earthworm-like micro robot was developed and manufactured for entering the small tube. Based on the process of the action and mechanics analysis, the controller was designed. This micro robot with 6mm diameter was driven directly by three electromagnetic linear drivers. Mobile cells were joined with two degree-of-freedom joint and the whole body was flexible and soft. The driving force reached 10.8g in normal working condition. The direction of movement and the angle of imaging can be controlled by the shape memory alloy （SMA）. The driving force, velocity and movement of micro robot in flexural tube were tested through experiments, which indicated that the driving force was in proportion to the range of frequency, and the micro robot could current, and the velocity reached a maximum in certain move in the thin tube flexibly.     

Noninvasive method to drive medical micro-robots

A noninvasive method to drive medical micro-robots into endocoeles has been proposed and a kind of medical micro robot driven by the method has been designed. The robot has a spirally grooved impeller. When the spirally grooved impeller rotates, a hydrodynamic film between the robot and endocoeles is formed because of mucus existence in endocoeles. The generated axial thrust force of the impeller can drive robots to move. Because the hydrodynamic film is formed when the robot moves in endocoeles, injury may be prevented, so it can alleviate or avoid pain of sufferers. The generated axial thrust force of the impeller has been estimated according to the hydrodynamic lubrication theory and has been confirmed by experiments.     

A Novel Bio-mimetic Wireless Micro Robot for Endoscope

A novel bio-mimetic wireless micro robot for endoscope is developed. Its autonomous manner is earthworm-like and driven by linear actuators based on DC motor. It is different from the conventional micro robot endoscope that wireless module is used for conanunicating and power transfer. The fabricated micro robot system is detailedly described, including structure, micro robot locomotion principle, communication control module and wireless power transfer module. The experimental results show that the driving force of the linear actuator can reach to 2. S5 N and supplying power is up to 480 mW DC power for receiving coil in the proposed system, which all fulfill the need of the micro robot system. The micro robot can creep reliably in the large intestine of pig and other contact environments.     

蠕动式微机器人结肠镜系统及模型

研制了一种新型的基于蚯蚓蠕动原理的内窥镜机器人,可用于微创无创肠道诊疗.机器人直径和长度分别为9.5和120 mm,由自行研制的直线电磁驱动器驱动.详细介绍了样机的结构、运动原理和控制系统,建立了与爬坡能力相关的力学模型,给出了有效牵引的数学条件表达式,并对表达式的有效性进行了试验验证.建立了在粘弹性肠道中的受力模型,研究了牵引效率、临界步距,并进行了离体肠道试验.该研究为机器人结肠镜的临床应用奠定了基础.     

管道微机器人驱动器微小弹性啮合轮的传动力

为解决管道微机器人在微小空间内的交叉轴传动问题,研制了微小弹性啮合轮的传动机构．基于材料力学大变形理论,建立了微小弹性啮合轮传动机构的力学模型,推导了最大传动力的表达式,应用该表达式计算了所设计机构的最大传动力、在所研制的微小力测试实验台上进行了传动力测试实验．理论计算和实验结果表明,微小弹性啮合轮传动机构能够满足微机器人动力传递的需要．     

泳动式微型管道机器人的设计及运动分析

以NdFeB磁铁为驱动器设计了仿生游动微型机器人.其作业原理是通过改变时变振荡磁场的驱动频率,控制嵌入机器人头部NdFeB的运动,时变振荡磁场能转换成机器人头部摆动的机械能带动铜薄膜尾翼产生波动,进而与液体耦合产生推力控制机器人运动.最后分析了尾翼的频率方程和振型函数新的解析表达式.     

驻留-伸缩式胃肠道微型机器人的临界步距模型与实验分析

为获得驻留-伸缩式胃肠道微型机器人的主要设计参数范围,采用超弹性应力-应变本构方程描述肠道的生物力学特性,推导了驻留-伸缩式胃肠道微型机器人的临界步距模型.针对伸缩机构,根据临界步距模型中的速度-阻力关系系数,设计了光滑外壁的单舱体机器人模型实验,采用不同直径的离体肠道进行测试;为获取驻留机构设计参数,采用足模型测试了同一直径下不同足伸出长度的驻留力.将获得的机器人参数返回到数学模型中,导出了若干机器人设计准则.最后采用机器人样机的离体实验,验证了临界步距模型的有效性.     

微小管道机器人移动机械运动学与动力学特性

微小管道机器人能够帮助人们完成诸如小口径管道内检测等工作，其移动机构是机器人研究领域重要的研究内容之一，在分析研究行星齿轮驱动的微型机器人移动机构的运动学和动力学特性的基础上，详细讨论了移动机构的原理，功能及影响因素，研究表明，通过提高移动机构车轮的附着性和驱动力，减小寄生功率的影响，可较好地实现该微型机器人驱动。     

一种新的力—位混控机器人工作任务描述方法

影响力－位置混合控制和机器人人工业应用的主要障碍之一,在于其工作任务的描述复杂,对使用人员的要求比较高,本文提出了一种新的工作任务描述方法,该方法建立在机器人的微运动描述之上,使描述工作由获得控制参数变成分析微运动组成,大大降低了任务描述难度,可使操作者较方便地描述机器人的工作任务。     

机器人力控制系统仿真分析

本文对由Movemaster-EX机器人和HUST-FS6腕力传感器组成的力控制系统进行了分析,讨论了接触物体和腕力传感器刚度、力反馈矩阵、库仑摩擦以及间隙非线性对整个力控制系统稳定性的影响;引入力的微分反馈有助于增强力控系统的稳定性,用单关节机器人模型进行了仿真研究.结果表明,接触物体综合刚度、力反馈矩阵、库仑摩擦和间隙非线性对力控系统影响很大;引入力微分反馈能改善系统性能.     

基于增强式学习的微小型移动机器人位姿控制

根据自行设计的两轮独立驱动的微小型移动机器人的特点,利用增强式的学习方法,对输入量进行分层模糊化以及确定模糊区域,然后选取相应区域中具有重大适应值的动作控制机器人移动,得到了该机器人在无约束空间中时间优化的移动路径,实现了该移动路径的自动获得,仿真和实验均得到了满意的结果。     

基于力反馈-CPG模型的六足机器人控制器

六足机器人的多关节、高耦合、非线性的机械结构使其运动控制成为机器人研究领域一大难题。针对上述问题,本文在Matsuoka振荡器的基础上创新性提出带力反馈神经元的三神经元相互反馈的CPG模型作为六足机器人的运动控制器。在对六足机器人进行运动学建模、运动学分析等数学分析的基础上对三神经元CPG模型建模分析并得到振荡周期波形满足六足机器人节律运动的要求。对力反馈模型进行实物设计并建立对应反馈模型,根据反馈信息对六足机器人运动节律、关节信息等实时调节。最后通过仿真及实物实验证明该CPG模型能够满足维持六足机器人稳定运动的要求,在复杂未知环境中也能够保持机器人的稳定性与适应性,实现复杂环境下的自适应运动。     

双臂巡检机器人沿输电线路行走特性研究

传统双臂巡检机器人沿大跨度输电线路行走过程中存在行走轮受力不均、易脱线等问题.针对这些问题,分别建立了传统双臂巡检机器人和带柔索双臂巡检机器人行走轮受力模型,对比分析表明:与传统双臂巡检机器人相比,随着线路倾斜角度增大,带柔索双臂巡检机器人两臂行走轮受力较均匀,不会出现脱线现象.在相同质量参数和结构参数条件下,采用虚拟样机技术分析了2种类型机器人沿输电线路行走时行走轮受力情况,仿真结果表明,传统双臂巡检机器人在线路倾斜角度达到28°时,出现单臂挂线现象;而带柔索双臂巡检机器人在线路倾斜角度达到37°时,仍能保持稳定地双臂挂线.综合分析表明,带柔索双臂巡检机器人的结构设计在线路行走方面具有明显优势,对于倾斜角较大的大跨度输电线路具有更强的适应能力,行走稳定性更好.      

一种可越过凸凹障碍的仿医蛭管内微型机器人

基于医蛭的内部结构和运动机理,提出了一种新型的,可越过管内凸凹障碍的仿医蛭管内蠕动微型机器人,解决了管内微型机器的通过性问题,该微型机器人由两个爬行部件、一个收缩部件和控制系统组成,具有可沿任意方向转变和可通过锥形,直线型及孤形管接头的能力。     

消除惯性力对机器人腕力传感器输出的影响

由于惯性力的影响，机器人腕力传感器输出的六维信号不能准确反映机械手夹持器与外界环境接触力的大小．理论分析表明，为了消除惯性力对输出的影响，必须知道机械手工作时的加速度．介绍了用以消除惯性力对腕力传感器输出的影响的方法，并详细叙述了腕力传感器中加速度计的设计．     

双臂巡检机器人位姿变化下沿悬链线行走能力分析

为解决双臂巡检机器人沿输电线行走过程中存在的行走轮受力不均,易打滑脱线等问题,提出一种移动关节主动调节方法.分别建立了传统的双臂巡检机器人、带柔索双臂巡检机器人和带移动关节双臂巡检机器人行走轮受力模型,对比分析发现:机器人在最佳位姿状态下,受力情况最好,不易发生打滑问题.建立了巡检机器人关节变化的动力学模型并设计主动控制器,对机器人行走越障和沿线行走两种工况进行了仿真模拟.所设计的控制器能够协助机器人完成大坡度巡航与行走越障工作,并能够有效抑制关节振荡问题,缩短响应时间.最后开展了机器人行走越障与不同坡度行走实验,表明所设计的控制器能够辅助机器人完成巡检任务,有效抑制了行走打滑问题.     

基于虚拟斥力的多机器人遥操作算法的研究

针对多机器人遥操作系统多机器人协作中易于发生碰撞的问题,提出基于虚拟斥力的方法实现实时避碰.在每个机器人的周围预先设定安全区域,当有障碍侵入安全区域时,机器人与障碍之间产生虚拟斥力,迫使机器人的轨迹发生调整远离障碍.基于弹簧、阻尼系统建立虚拟斥力模型,将虚拟斥力作为机器人的扰动力,根据障碍类型给出机器人的避障调整函数.利用Rx60、Rx90两个机器人进行遥操作协作实验,实验结果表明基于虚拟斥力的实时避碰算法能够简单而高效地保证协作作业的安全性.     

机器人对物体轮廓的自律跟踪

基于机器人终端与轮廓间相互作用力的信息,本文提出了一种机器人对未定轮廓跟踪的决策,并在机器人PT-300V上成功地实现了这一决策.文中给出了实验结果.     

A New Method of Desired Gait Synthesis for Biped Walking Robot Based on Ground Reaction Force

A new method of desired gait synthesis for biped walking robot based on the ground reaction force was proposed. The relation between the ground reaction force and joint motion is derived using the D'Almbert principle. In view of dynamic walking with high stability, the ZMP(Zero Moment Point)stability criterion must be considered in the desired gait synthesis. After that, the joint trajectories of biped walking robot are decided by substituting the ground reaction force into the aforesaid relation based on the ZMP criterion. The trajectory of desired ZMP is determined by a fuzzy logic based upon the body posture of biped walking robot. The proposed scheme is simulated and experimented on a 10 degree of freedom biped walking robot. The results indicate that the proposed method is feasible.     

基于智能预测的力/位混合控制方法

针对机器人在形状未知接触环境表面上进行柔顺力控制问题,在传统的力/位混合控制模型中采用一种智能预测算法,此算法通过三种预测因子预测并调整未来采样时刻的力/位混合控制模型中的期望轨迹,并考虑环境曲率和刚度变化的特点.为了验证预测算法的有效性,构建了开放式的机器人力控制系统,在不同期望力、不同跟踪速度下对非规则受限表面进行了力控制实验研究,分析了受限系统中未知环境参数对接触力的影响.实验结果证明该方法对未知接触环境的变化具有较强的适应能力.在实验条件下,稳定状态下的力控制误差可以控制在3%之内.