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基于壁虎干黏附的刚柔耦合捕获单元力学性能研究

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载人航天 2024年第3期30卷 284-290页

作者：王刘伟宋逸魏安民王炳诚史旺林陈深宝李帅张晓敏戴振东南京航空航天大学仿生结构与材料防护研究所南京210001 浙江工业大学杭州310014 北京紫微宇通科技有限公司北京100080

针对空间碎片清除和非合作目标捕获等在轨作业中的空间动态捕获问题,设计了基于壁虎干黏附机制的刚柔耦合黏附捕获单元,实现冲击接触下稳定黏附附着目标面。分析了碰撞黏附过程的动态特性;搭建捕获性能测试装置并测定黏附单元碰撞/脱附... 详细信息

针对空间碎片清除和非合作目标捕获等在轨作业中的空间动态捕获问题,设计了基于壁虎干黏附机制的刚柔耦合黏附捕获单元,实现冲击接触下稳定黏附附着目标面。分析了碰撞黏附过程的动态特性;搭建捕获性能测试装置并测定黏附单元碰撞/脱附力和速度等参数的关系,分析了黏附捕获—剥离的力学特性,并指导微重力环境下黏附捕获的参数设置;最终测试装置在失重飞机上完成了微重力环境下的自主黏附捕获。结果表明:基于干黏附的捕获单元能够满足空间捕获的应用需求。

关键词：空间动态捕获黏附单元刚柔耦合仿生设计

狭小检测空间下多传感融合四足机器人自主导航策略

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机械制造与自动化 2024年第4期53卷 214-218页

作者：邢羽航张洲镕袁吉伟段晋军薛景峰戴振东南京航空航天大学机电学院江苏南京210016 中国航空研究院北京225111

针对狭小检测空间的机器人巡检任务需求,提出多传感适时融合的小型四足机器人自主导航策略。采用惯性测量单元和激光测距传感器进行卡尔曼适时融合滤波获取机器人位姿;引入模型预测控制实现对期望路径的高精度鲁棒跟踪,完成机器人狭小... 详细信息

针对狭小检测空间的机器人巡检任务需求,提出多传感适时融合的小型四足机器人自主导航策略。采用惯性测量单元和激光测距传感器进行卡尔曼适时融合滤波获取机器人位姿;引入模型预测控制实现对期望路径的高精度鲁棒跟踪,完成机器人狭小空间内的自主导航目标。试验验证表明:机器人实际行进路径与期望路径的吻合度较好,基于该策略可以实现小型四足机器人在狭小空间的自主导航目标。

关键词：四足机器人自主导航狭小空间多传感适时融合算法模型预测控制局部路径跟踪

动物运动行为调控:神经机制、工程实现及挑战

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科学通报 2023年第23期68卷 3041-3042页

作者：王振龙戴振东郑州大学生命科学学院郑州450001 南京航空航天大学机电学院南京210007

运动是动物的核心特征.各种人造运动系统也凝聚着人类的汗水、梦想和智慧.动物在长期的生存竞争中进化出适合其生存环境的卓越运动能力,如鸟、昆虫等在空中的飞行,鼠等在黑暗环境中的运动探索,壁虎等在光滑垂直平面的附着运动等.很多动... 详细信息

运动是动物的核心特征.各种人造运动系统也凝聚着人类的汗水、梦想和智慧.动物在长期的生存竞争中进化出适合其生存环境的卓越运动能力,如鸟、昆虫等在空中的飞行,鼠等在黑暗环境中的运动探索,壁虎等在光滑垂直平面的附着运动等.很多动物的运动能力远优于对应的人造运动系统.为此,以动物自身为载体,通过对运动神经信息的调控,干预运动行为,达到预定的运动目的,即动物运动行为调控,成为近年来国内外交叉科学研究的前沿.

关键词：生存竞争行为调控黑暗环境神经机制垂直平面动物的运动核心特征生存环境

基于黏附稳定包络边界的爬壁机器人竖直壁面过渡策略

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机器人 2023年第5期45卷 532-545页

作者：宋益帆王炳诚段晋军戴振东南京航空航天大学机电学院江苏南京210001

爬壁机器人由于其出色的攀爬能力在管道、壁面类检修与维护等方面表现出独有的优势,但是攀爬过程中因缺乏竖直异面过渡能力而限制了其在壁面的运动性能。本文以机器人在竖直攀爬面上内直角处灵活过渡为研究目标,提出了多足机器人在壁面... 详细信息

爬壁机器人由于其出色的攀爬能力在管道、壁面类检修与维护等方面表现出独有的优势,但是攀爬过程中因缺乏竖直异面过渡能力而限制了其在壁面的运动性能。本文以机器人在竖直攀爬面上内直角处灵活过渡为研究目标,提出了多足机器人在壁面过渡中的足端力映射模型与足底力求解方法,以及相应的壁面过渡策略。首先建立了一种适用于匍匐式攀爬机器人的足端黏附力映射模型,构建了足端力与质心广义力的等效映射关系,在此基础上以机身稳定为原则,采用多约束的非线性规划方法求解出能够实现壁面过渡的黏附包络的上下边界,为机器人稳定壁面过渡提供评价指标。其次,研究壁面过渡进程中机器人与环境稳定接触与剥离的优化过渡策略,并依据所提出的评价指标完成仿真验证。最后在实体机器人平台上测试上述壁面过渡策略,实验结果表明该策略能够有效提升壁面过渡的成功率,保障爬壁机器人在壁面过渡应用中的可靠性。

关键词：爬壁机器人壁面过渡黏附包络边界等效力映射非线性规划

陆上杆机构运动仿生的现状、关键技术及未来发展

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南京航空航天大学学报 2012年第5期44卷 621-628页

作者：戴振东南京航空航天大学高新技术研究院仿生结构与材料防护研究所南京210016

从运动仿生的生物学基础、仿生运动体的发展和存在问题、运动仿生的未来发展等几个方面回顾和评述运动仿生面临的问题和发展机遇。分析了四足动物运动的生物学机制和国内外现有仿生机器人发展现状及存在的问题,并预测先进环境感知技术... 详细信息

从运动仿生的生物学基础、仿生运动体的发展和存在问题、运动仿生的未来发展等几个方面回顾和评述运动仿生面临的问题和发展机遇。分析了四足动物运动的生物学机制和国内外现有仿生机器人发展现状及存在的问题,并预测先进环境感知技术、分布式驱动和智能驱动材料、杆机构机器人与智能控制技术和动物运动规律的研究将是未来运动仿生发展的方向。

关键词：运动仿生智能机器人智能驱动材料环境感知

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动物机器人:研究基础、关键技术及发展预测

科学通报 2022年第21期67卷 2535-2552页

作者：方轲梅皓宋逸王周义戴振东南京航空航天大学机电学院仿生结构与材料防护研究所南京210016

动物机器人利用动物固有的感知、运动、能量供应和神经系统,通过神经信息干预,实现对生物运动行为的控制.这类特殊的机器人在运动稳定性、灵活性、环境适应性和自身运动能量供应等方面保持了天然的优势,具有重要的应用价值;同时,该研究... 详细信息

动物机器人利用动物固有的感知、运动、能量供应和神经系统,通过神经信息干预,实现对生物运动行为的控制.这类特殊的机器人在运动稳定性、灵活性、环境适应性和自身运动能量供应等方面保持了天然的优势,具有重要的应用价值;同时,该研究涉及动物运动神经网络及外部调控信息与固有运动神经信息的交互作用机制等重大理论问题,是神经科学和机器人交互领域的重要研究方向.该研究高度融合了动物智能和机器智能,涉及动物行为学、神经科学、微机电技术、力学和通信技术等,是多学科交叉融合的前沿领域.本文回顾动物运动神经系统与运动行为调控之间的关系,系统梳理不同动物机器人的运动调控方法及系统构成,总结活动在水、陆、空不同空间中典型动物运动行为调控的研究进展,归纳分析动物机器人研究在运动调控方法、微电极植入、微刺激系统、通信导航和能量供应等研究中面临的关键问题,并预测未来的发展趋势.

关键词：动物运动调控动物机器人微刺激系统运动神经调控系统

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异形管道内跨模式全景深成像方法与装置

仪器仪表学报 2022年第8期43卷 54-64页

作者：王爽杰邢强王周义徐海黎戴振东南通大学机械工程学院南通226019 南京航空航天大学机电学院南京210016 南京航空航天大学深圳研究院深圳518063

异形管道在特种行业中具有极为重要的作用,对其内表面细微缺陷进行检测时所面临的空间小、径向尺寸变化自由等结构特征,使得传统管道内成像检测方式面临着因连续成像景深尺度变化大而造成的失焦问题,影响系统的高分辨力成像。针对这一问... 详细信息

异形管道在特种行业中具有极为重要的作用,对其内表面细微缺陷进行检测时所面临的空间小、径向尺寸变化自由等结构特征,使得传统管道内成像检测方式面临着因连续成像景深尺度变化大而造成的失焦问题,影响系统的高分辨力成像。针对这一问题,提出了跨模式全景深成像方法:通过融合成像表面深度数据与成像系统参数数据,自适应的决策当前的聚焦模式,并输出相应的合焦面深度集合。研制了具备深度感知的跨模式成像装置,并针对异形管道内壁细纹特征进行了成像实验。实验结果表明:本成像装置能够自适应的获取单聚焦图像或叠焦序列图像;对叠焦序列图像进行小波多聚焦融合,可获取全景深图像;所获取的全景深图像能够在40~1000 mm内分辨出0.5 mm宽微小细纹。本成像方法及装置能够为异型管道等场景内的缺陷检测及损伤分析提供可靠的图像支撑。

关键词：异形管道全景深跨模式自由曲面多聚焦融合

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粗糙度对4种聚氨酯弹性体粘着性能的影响

摩擦学学报 2003年第3期23卷 245-249页

作者：戴振东惠春 STANISLAV Gorb 南京航空航天大学机电学院江苏南京210016 上海交通大学纳米科学技术研究院上海200030 Biological Micro-tribology Group Max-Planck-Institute for Development Biology

采用生物摩擦磨损试验台测定了4种聚氨酯的弹性模量,研究了表面粗糙度和法向力对粘着力的影响.结果表明:4种聚氨酯的弹性模量在55～1206kPa之间,粘着力由高到低的排序同其弹性模量排序相反,弹性模量较低的试样的饱和粘着力达到15kPa,且... 详细信息

采用生物摩擦磨损试验台测定了4种聚氨酯的弹性模量,研究了表面粗糙度和法向力对粘着力的影响.结果表明:4种聚氨酯的弹性模量在55～1206kPa之间,粘着力由高到低的排序同其弹性模量排序相反,弹性模量较低的试样的饱和粘着力达到15kPa,且表面粗糙度对粘着力的影响不明显;弹性模量较大的试样的粘着力仅为1.5kPa,随弹性模量增加,表面粗糙度的影响增大;试样之间的接触形式同粘着力密切关系,相当于单个凸峰接触的蓝宝石球对聚氨酯试样的粘着力不受法向力的影响,而在平面接触情况下粘着力先随法向力增加而增大,当法向力超过一定(10～15kPa)值后,粘着力增加趋缓并达到饱和值.

关键词：聚氨酯弹性体粘着力粗糙度粘着行为

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东方龙虱鞘翅内表皮层及断面硬度和弹性模量

复合材料学报 2011年第5期28卷 181-185页

作者：窦君智郭策戴振东南京航空航天大学仿生结构与材料防护研究所南京210016

研究了东方龙虱去除外表皮后的鞘翅内表皮层及其鞘翅断面的力学性能。利用纳米压痕仪测得鞘翅内表皮层硬度和弹性模量分别为(0.065±0.007)GPa和(0.704±0.013)GPa,均远远小于鞘翅外表皮层的硬度和弹性模量。鞘翅断面的力学性能测试结... 详细信息

研究了东方龙虱去除外表皮后的鞘翅内表皮层及其鞘翅断面的力学性能。利用纳米压痕仪测得鞘翅内表皮层硬度和弹性模量分别为(0.065±0.007)GPa和(0.704±0.013)GPa,均远远小于鞘翅外表皮层的硬度和弹性模量。鞘翅断面的力学性能测试结果表明:在鞘翅横断面上,靠近联接部位的硬度和弹性模量略大于鞘翅中部和外侧;而在鞘翅纵向断面上,鞘翅中部的硬度和弹性模量明显大于头部和尾部,其断面力学性能呈现一定的分布规律。

关键词：鞘翅纳米压痕技术内表皮层断面硬度弹性模量