外骨骼机器人柔性变刚度驱动器设计

关节驱动器是外骨骼机器人的核心组成部分,目前传统的刚性驱动器的缺点是：体积大、能耗多以及无法避免外界冲击。为此该文提出一种全新的柔性变刚度驱动器,其基于弹簧的刚度控制,并对此柔性机构进行了理论验证,结果表明全新的柔性变刚度驱动器很好地解决了传统刚性驱动器的主要缺点。     

面向柔性机器人的串联式变刚度驱动器设计

为了提高柔性机器人的动力学性能,设计了一种基于变支点杠杆原理的旋转式串联变刚度驱动器.设计中心对称式刚度调节机构,降低了驱动器内部的摩擦力;通过双层轨道设计,克服了支点与其他受力点间的几何约束,实现零到无穷大的刚度变化范围;引入对称式阿基米德螺线凸轮槽机构保证了两个支点同步运动.在此基础上,建立驱动器动力学模型,设计积分比例(PD)控制器并对驱动器的性能进行了评估.实验结果表明:在-100°～100°运动范围内,驱动器的位置跟踪误差均方根值为0.25°;在10～110 N·m/rad刚度调节范围内,刚度跟踪误差均方根值为0.55 N·m/rad.     

曲面自动化制孔技术研究现状与发展趋势

随着各国航空航天事业的持续推进与深入,对飞机的性能也提出了更高的要求,提高紧固孔的加工质量,以及构件的抗疲劳特性,延长飞行器的服役寿命,确保航空航天器的可靠与安全,是航空制造工业中的重要研究课题。文章分析了蒙皮制孔技术的特点,综述了国内外精密制孔设备研究现状,对多种自动化制孔设备进行重点分析。研制适用于不同曲率蒙皮制孔的导轨及机器人是新兴的研究方向。     

并联柔性铰机器人的静刚度研究

并联柔性铰机器人是一类具有超精密定位能力的微动操作手,对这类采用非常规运动副的微动机器人,其静刚度在相当程度上决定了机器人的有载定位精度。该文首先通过一系列坐标系的建立和转换,导出终端位姿的摄动位移与柔性铰微变形间的映射关系,进而利用虚功原理提出并联柔性铰机器人的静刚度模型,显示出影响静刚度的主要因素不仅与传动刚度有关还与柔性铰的刚度有关,此外通过该模型研究了静刚度特性,其结果可用于指导机构优化设计。最后,以实例分析了并联柔性铰机器人的静刚度。     

柔性底层结构的主动变刚度/阻尼抗震控制

提出了一种适用于柔性底层结构抗震控制的主动变刚度／阻尼装置，建立了安装此装置的柔性底层结构的地震反应方程。算例表明，该装置对柔性底层结构的地震反应有良好的控制作用。此外，还讨论了该装置的刚度和阻尼对控制效果的影响。     

HTSD直线滚动导轨副的静刚度试验研究

本文以新会凯特精密机械有限公司生产的ＨＴＳＤ直线滚动导轨副为试验对象，将承受垂直载荷和力矩的静刚度的理论计算结果与实际所测数据进行比较分析，从而为产品的评价和用户使用提供依据。     

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。     

能量法求解全柔性微动机器人移动副的刚度

全柔性机构中柔性移动副(P副)刚度的求解是进行全柔性并联机构、全柔性并联微动机器人分析的基础工作之一．在柔性铰链力学模型的基础上,利用能量法得出了非对称3．RRRP(4R)全柔性并联机构的变截面柔性移动副(4R)单元上所受外力与端部变形之间的关系,结合柔性铰链的柔性刚度矩阵求得柔性移动副单元刚度表达式方程．并用ANSYS工程软件建立相同的柔性移动副模型进行模拟,模拟结果表明,推导的柔性移动副的刚度与模拟结果很相近,刚度的理论方程具有一定的准确性。     

液压足式机器人单腿变刚度控制弹跳研究

液压足式机器人由于其负载能力强,动态性能优越得到广泛的关注。针对液压足式机器人能量调节及其单腿弹跳运动控制问题,将液压足式机器人单腿等效为弹簧负载倒立摆（SLIP）模型,并提出了一种主动变刚度的控制策略,可以使液压足式机器人单腿在着地时刻进行能量调整,并使其达到期望的弹跳高度。实验结果表明,本文提出的控制方法可以实现液压足式机器人单腿稳定弹跳,并有效控制弹跳高度。      

基于形状记忆合金的变刚度外骨骼设计与建模

为减轻变刚度驱动单元质量,缩小其体积,提出一种基于形状记忆合金(SMA)的变刚度主动元,单个变刚度主动元质量约为68.5 g.为精确控制外骨骼刚度,结合SMA本构模型、相变动力学模型、热平衡方程、输出方程,对SMA进行动态建模.为最大化满足人体运动需求,通过并行布置变刚度主动元的方式,结合导轨机构,构建轻质变刚度外骨骼...     

EMS磁悬浮列车/非线性弹性轨道系统的动力学特性

建立了多车体EMS磁悬浮列车/非线性弹性轨道耦合控制系统的动力学模型.利用数值方法研究了三车体和单车体两类磁悬浮系统的动力学行为.结果表明:在运行的初始阶段,轨道对两类磁悬浮列车车体的动力响应存在很大差别.在相同的运行速度下,两类磁悬浮系统控制增益的稳定性区域不相同,进一步给出了使三车体磁悬浮列车系统保持稳定运动状态的控制增益与系统所能承受的最大悬浮干扰间的变化规律.     

Dynamic characteristics of an intestine capsule robot with variable diameter

This paper proposes an intestine capsule robot with variable diameter. It is driven by external rotating magnetic field and has the function of automatic radial clearance compensation. An external magnetic field generating device and a capsule robot with variable diameter are developed. Radial dynamic balance equation and kinematics equation of the capsule robot traveling inside flexible elasto-wall environment are established, and dynamic characteristics of the capsule robot inside flexible elasto-wall pipe and rigid wall pipe environments are analyzed and compared. Simulations and experiment results show that its dynamic characteristics in both pipes are almost the same. Under the action of radial clearance compensation, fluid dynamic pressure around outer surface of the capsule robot and its propulsion, as well as its adaptability to diameter change range, are significantly improved. Its propulsion and moving speed are controlled by adjusting rotating angular speed of the rotating magnetic field. This innovative capsule robot with radial clearance compensation has a promising prospect for inside intricate gastrointestinal (GI) tract in non-invasive therapy applications.     

磁悬浮车体-单跨弹性轨道耦合控制系统的动力稳定性分析

建立了描述磁悬浮车体-单跨弹性轨道系统电、磁、力耦合动力学行为的理论模型，即：分段周期变系数常微分动力系统模型，提出了该系统的稳定性理论，利用动力分叉数值方法搜索出了给定系统下控制参数G1和G2的动力稳定区域边界；并就系统控制参数G1和G2对系统稳定性特征的影响与控制规律作了进一步研究．数值算例表明：本文给出的理论和数值方法是可靠有效的．     

一体化可变刚度关节结构设计与分析

为满足关节型机器人在非结构化工作环境中人机安全性与环境适应性,基于关节柔性生成机理与可变刚度关节构型特征,提出了一种新型一体化可变刚度关节。考虑到关节紧凑化、模块化与可主、被动刚度调节等设计需求,设计了凸轮型刚度调节机构作为关节刚度调节模块。基于关节数学模型提取关节刚度影响参数,在此基础上对关节主、被动刚度特性进行了分析。基于关节样机展开刚度调节性能实验,实验结果表明关节具有合理的刚度调节范围,以及动态运动过程中主、被动刚度调节能力,满足机器人工作过程中关节刚度变化需求。     

机器人柔性装配单元的设计

机器人柔性装配单元是实现多品种、中小批量产品装配自动化的有效技术途径．该文在对机器人柔性装配单元中机器人、夹持器装置选择的约束条件进行型式化描述的基础上,以制造成本最小为目标,建立了满足装配任务精度要求的机器人柔性装配单元优化布局的数学模型．最后,通过具体生产案例对提出的方法和模型的正确性、可行性进行了验证．     

挠性接头角刚度静态测量方法研究

挠性接头角刚度的测量精度直接关系到陀螺仪的控制精度和灵敏度,但传统方法存在较多问题。根据挠性接头角刚度静态测量原理,基于不同的加载方式提出2种角刚度静态测量方法,即机械式加载角刚度测量和压电式加载角刚度测量。搭建以电动倾斜台为分度加载驱动的机械式挠性接头角刚度测量系统,进行挠性接头角刚度测试试验,得出挠性接头角刚度数值。针对机械式加载测量方法中测试结果不稳定的问题,设计利用压电促动器的静态加载机构,提出了一种利用压电促动器测量挠性接头角刚度的方法。使用ANSYS Workbench对压电加载机构位移输出进行仿真,位移输出满足挠性接头角刚度静态测试加载要求,验证了压电式静态测量方法理论的可行性。     

弹性铰平面并联三自由度机器人连续刚度映射研究

应用影响系数法求解了弹性铰平面并联3-RRR机器人的一阶、二阶影响系数,借助虚功原理建立了包含主、被动铰链弹性变形,杆件及其平台自重的连续刚度映射模型.与以往刚度模型区别在于,该连续刚度模型考虑了机构刚度变化的动态过程,从而使并联机器人刚度非线性映射还原.文中还结合刚度矩阵瑞利商定义了连续刚度判定指标七,绘制了刚度性能空间图,进一步探讨了该机构的方向刚度特性,为平面并联弹性铰机器人机构刚度的分析提供了一种新颖通用的方法.     

变拓扑四面体机器人攀爬安全性与参数分析

变拓扑四面体机器人是基于自主纳米群技术的一种具有多重自由度的机器人系统,由可伸缩结构(伸缩杆)和连接部分(节点)组成的四面体结构为基本单元。分析了机器人沿壁面攀爬运动的典型过程,并利用ADAMS软件进行了动态仿真实验。分析了攀爬过程的安全性问题,给出了机器人在垂直壁面和倾斜壁面的静态安全性条件,同时分析了接触力与静摩擦系数对运动特性的影响。结果表明:接触力与静摩擦系数为影响攀爬特性的关键参数,接触力和静摩擦系数越小,在一个运动周期中机器人的有效位移越小,负向速度越大,两者过小时将会导致运动的失效。