软体机器人研究综述

机器人技术广泛应用于工业生产、医疗服务、勘探勘测、生物工程、救灾救援等领域.传统机器人大都由刚性机构组成,存在环境适应能力低的缺点.软体机器人是一类新型仿生连续体机器人,可以任意改变自身形状,在非结构化环境中应用前景广阔.综述了软体机器人的仿生机理、驱动方式、建模与控制方法等关键问题,并通过分析和梳理软体机器人技术发展中的瓶颈问题及可行解决方案,探讨了软体机器人技术的发展趋势.     

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。     

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。     

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.     

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．     

面向小孔径T形管道的气动软体机器人转向策略

近年来,新型机器人技术被广泛应用于管道的维护与检查.为了克服刚性管道机器人的局限性,提高机器人的灵活性,软材料制成的机器人已被开发并用于管道探测.由于管道内部管路分支较多,软体机器人在管道内的转向控制面临较大挑战.针对此问题,设计一种小孔径管道软体机器人,并建立运动学模型,在此基础上提出了机器人在T形弯管中的柔顺转向策略.最后,通过实验验证了转向策略的有效性和准确性.实验结果表明,提出的转向策略能有效提高软体管道机器人在T形弯管中的通过性和智能性.     

新型变刚度软体手臂的设计及控制

软体机器人具有机构重构性、适应性及灵活性.基于气动系统的软体机器人具有质轻、功率密度比高、人机交互安全性高等优点,设计了一种由伸长型及收缩型气动肌肉组成的新型变刚度软体机器人手臂.根据该软体手臂的运动特性建立了运动学模型,利用MATLAB软件分析了手臂的工作空间.搭建控制实验测试平台,完成了手臂的轨迹运动控制实验,实验结果表明:跟踪阶跃信号上升时间小于2s,稳态平均误差为0.0028rad(0.16°),正弦信号跟随响应曲线平均误差为 0.0159rad(0.911°),手臂具有良好的可控性.     

基于无源观测器的机器人笛卡尔空间力/阻抗控制方法研究

许多由机器人完成的任务都需要机器人与外部环境接触。在如抛光、去毛刺和装配作业中都需要执行精确的力控制。由于环境模型的不准确在力控制过程中当机器人与环境脱离接触时可能与周围环境发生激烈碰撞。针对此问题提出了基于无源观测器的力控算法。通过分析系统无源性, 研究了笛卡尔空间力/阻抗控制的稳定条件。发现只有力控制器的输出会破坏系统的无源性,根据系统无源性的分析结果设计了使用无源性观测器的力/阻抗控制器。在MATLAB仿真环境中对力/阻抗控制控制算法和基于无源性观测器的力/阻抗控制进行仿真验证。仿真结果表明基于无源性观测器的力/阻抗控制器在机器人末端工具与环境脱离接触时能够有效降低机械臂移动速度,减小对周围环境的冲击力。     

贯入阻力与无侧限抗压强度的关系研究

通过某工程贯入阻力实验和室内抗压强度实验的分析对比,发现两者存在相关关系,本文分析现有数据,得到7d龄期静力触探贯入阻力预算桩身28d龄期的无侧限抗压强度的公式。对水泥搅拌桩质量的检验方法提供了可靠的基础。     

变刚度四足机器人的连续型仿生脊柱设计

为提高四足机器人面对广域地形环境的机动性和适应性,设计一种可变刚度的连续型仿生脊柱。采用金属构件作为脊柱的连接件和支撑件,模拟猎豹的脊柱骨架;使用钢丝绳传动作为主动力驱动,模拟生物肌肉纤维的发力;在脊柱板之间设置不同刚度的弹簧模拟肌腱的储能与释能功能。通过建立静力学模型研究负载及绳驱动拉力对脊柱的影响。研究结果表明：采用的连续型构型为四足机器人躯干在上下弯曲方向提供了灵活性,并使负载施加的力沿脊柱方向分散,减小脊柱的损耗;脊柱可以实现躯干部分整体弯曲与回复,最大弯曲角度达到25°。变力恒载实验中,0 kg和30 kg负载下,仿真结果和实验结果的模型末端位置相对误差分别为2.71%和4.00%;恒力变载实验中,750 N和1 400 N拉力下,仿真结果和实验结果的模型末端位置相对误差分别为4.25%和2.79%。脊柱的响应频率可以达到1.62 Hz,变刚度试验测得的等效弯曲刚度范围为4.70～51.36 N/mm,最大负载为334.9 N,可以满足四足仿生机器人在广域地形的应用需求。     

大尺寸软粘土固结变形试验研究

针对常规室内试验的局限性,设计了软粘土天然土样和重塑土样的大尺寸固结变形试验.试验中荷载的大小与实际土体的受力条件按同比缩小;土样侧限条件设计为具有弹塑性特点的有机玻璃板,板内贴有渗透系数与淤泥质土渗透系数相近的滤纸,板上模拟土体边界渗流条件开一定密度的细小排水孔,土样的尺寸为20 cm×20 cm×20 cm,30 cm×30 cm×30 cm和40 cm×40 cm×40 cm三种规格;整个实验过程尽可能地反映土体实际的受力环境;在试验基础上,探讨了一定压力下,大尺寸软粘土的固结变形规律及其数学模型,讨论了其尺寸效应.同时,将所建立的沉降计算模型推广为广义的实际土体变形模型,并在深圳国际机场软基沉降预测中进行了初步应用,取得了较好的效果.     

胶新铁路软土路基沉降变形规律研究

基于胶新铁路实验研究项目,对实测结果进行了理论分析与对比.详细分析了通车前和通车后软土路基的沉降变形特征.根据麦钦特模型对路基沉降计算方法提出了修正的计算公式.结果表明,修正公式很好的反应了沉降变化规律.     

混凝土单向受力构件抗弯刚度挠度计算

研究了超长连续混凝土结构由于温度、收缩以及预应力产生的截面净拉力对单向受力构件弹性抗弯刚度的影响，推导了挠度计算的精确公式，给出了近似计算公式。     

基于微观结构的软土变形计算模型

 基于土体微观结构演化建立其土体沉降计算模型是值得探索的新方法和新途径。研究首先从室内固结试验和三轴固结试验出发,研究不同荷载条件下软土微观结构变化与固结变形特征;并运用图像处理技术,提取微观结构参数,分析微观结构参数与荷载、变形和强度之间的关系,建立基于微观结构的软土沉降计算模型;最后,将这一模型应用于实际工程中,计算结果与监测值对比分析表明：二者具有较好的一致性,验证了该模型的实用价值。     

环境变化与乡村聚落演变研究综述

对环境变化与乡村聚落演变的相关研究进行了梳理,分别解析了乡村聚落的概念演化、环境变化背景下的乡村聚落演化历程、不同空间尺度下环境变化对乡村聚落演变的影响机制及应对措施.研究发现,中西部地区的乡村聚落演变研究更多地关注了生态脆弱性或全球变化背景,而东部地区的乡村聚落研究更多地关注了区域或全球社会经济的变化.同时大型开发项目的大规模启动以及环境事件的频发正急剧地影响着乡村聚落演化,但目前对这一动向缺乏应有的关注.此外,就研究尺度来看,从微观层面对环境变化与乡村聚落演变关系的研究也相对薄弱,这些研究领域和方向应得到必要的关注.     

深部软岩巷道爆破卸压技术及工程应用研究

为控制深部软岩巷道的变形,利用爆破卸压技术,对淮南矿业集团谢桥矿高应力软岩巷道进行了爆破卸压工程试验,充分改变围岩应力状态,使巷道的变形量及稳定时间得到了很好的控制。     

水产品中环境雌激素特性及检测技术研究进展

环境雌激素会干扰生物体内雌激素的正常分泌,使生物体的生殖功能或免疫功能出现异常。环境雌激素可以分为合成雌激素、生物源雌激素和环境化学污染物,检测方法主要有气相色谱（GC）法、高效液相色谱（HPLC）法、气相色谱-质谱联用（GC-MS）法、化学发光免疫分析（CLIA）法、分子印迹（MIT）法。目前,我国对环境雌激素的研究...