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柔软体攀爬机器人研究进展与关键技术

机器人技术与应用 2024年第2期 22-30页

作者：苟志攀耿德旭刘洪波许文智武广斌北华大学机械工程学院吉林省吉林市132021

随着机器人技术的发展和人类需求的转化,利用攀爬机器人代替人工完成高空危险作业成为一种趋势。而柔性、软体机器人由于其良好的柔顺性、人机交互的安全性和本体可变形性有望弥补传统刚性攀爬机器人的局限,在非结构环境和高空作业中取... 详细信息

随着机器人技术的发展和人类需求的转化,利用攀爬机器人代替人工完成高空危险作业成为一种趋势。而柔性、软体机器人由于其良好的柔顺性、人机交互的安全性和本体可变形性有望弥补传统刚性攀爬机器人的局限,在非结构环境和高空作业中取得突破。文章给出了柔软体攀爬机器人的定义,根据驱动方式、末端附着方式和应用领域的不同进行了分类,并归纳了各种方式的优点和局限。梳理了国内外柔性、软体攀爬机器人的研究进展和成果,总结了仿生设计与驱动、复合弹性体理论模型建立、自适应控制等关键技术,提出多角度仿生一体化、柔性传感器和电子皮肤集成、多功能化、模块化、智慧控制与决策的柔软体攀爬机器人将成为未来主要的发展方向。

关键词：柔软体机器人攀爬机器人仿生设计驱动器附着方式高空作业

无系留气动自适应球果采摘软体手爪设计与实验

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农业机械学报 2023年第9期54卷 74-84页

作者：赵云伟黄浩然刘晓敏张维懿耿德旭北华大学机械工程学院吉林132021

为实现球形果实自适应采摘,仿人手触觉传感设计并制作了一种用于球果采摘的无系留智能软体手爪,该手爪采用自循环供气与传感集成,将柔性薄膜触力传感器内嵌于软体手爪内并复合自循环气泵,可实现多尺寸、多类型球果自适应抓取。研究了自... 详细信息

为实现球形果实自适应采摘,仿人手触觉传感设计并制作了一种用于球果采摘的无系留智能软体手爪,该手爪采用自循环供气与传感集成,将柔性薄膜触力传感器内嵌于软体手爪内并复合自循环气泵,可实现多尺寸、多类型球果自适应抓取。研究了自循环气泵工作原理,进行了结构优化、压力建模与性能测试。试制了自适应软体手爪原理样机,建立了手爪抓持力模型,并进行了静力学实验,获得了其气压下的弯曲变形和力学特性。建立了球果采摘手爪控制系统与自适应抓取机制,搭建模拟采摘实验平台,进行了自适应抓取实验验证及实验环境下的球果采摘与分拣。结果表明,通过接触力反馈与控制系统,该采摘手爪可安全有效地抓取球果,抓取尺寸范围为48.5~97 mm,最大抓取球果质量为350 g,平均采摘用时15 s,成功率为97.46%。

关键词：球形果实无系留自适应采摘软体手爪气动

变刚度弹性轴微颗粒嵌入与阻塞的机理分析与实验研究

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液压与气动 2023年第5期47卷 51-58页

作者：许文智耿德旭王霞彭贺北华大学机械工程学院吉林吉林132000

为提高柔性机器人承载能力,结合微颗粒嵌入和阻塞原理的优势,提出了一种正压驱动的变刚度弹性轴,分析其变刚度机理,设计并制造了变刚度弹性轴样机,搭建了变刚度弹性轴实验平台通过实验分析不同因素对弹性轴刚度影响。实验结果表明:弹性... 详细信息

为提高柔性机器人承载能力,结合微颗粒嵌入和阻塞原理的优势,提出了一种正压驱动的变刚度弹性轴,分析其变刚度机理,设计并制造了变刚度弹性轴样机,搭建了变刚度弹性轴实验平台通过实验分析不同因素对弹性轴刚度影响。实验结果表明:弹性轴自由状态,弹性轴充入压力越大,其刚度越大;弹性轴充入压力一定时,随着位移的增加,刚度的增量逐渐减少;金属螺旋管内侧间隙越大弹性轴刚度越强;填充颗粒种类对弹性轴刚度有影响;颗粒大小对弹性轴刚度有影响,且颗粒越小弹性轴刚度越大。当弹性轴完全伸长填充物为直径1.2 mm白刚玉时,变刚度效果最好可提高56.1倍。可为变刚度柔性机器人设计提供新的技术支持。

关键词：弹性轴变刚度颗粒嵌入颗粒阻塞

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增强型气动柔性驱动器形变与驱动特性实验

机床与液压 2023年

作者：苟志攀耿德旭刘洪波武广斌贾鑫北华大学机械工程学院

为解决现阶段柔性驱动器负载能力低、变形范围小等问题，设计并制作了一种三自由度气动柔性驱动器，分析其变形机理并通过实验研究增强肌肉对驱动器伸长量、弯曲方向及弯曲角度、驱动力的影响。实验结果表明：通过控制驱动器人工肌肉内... 详细信息

为解决现阶段柔性驱动器负载能力低、变形范围小等问题，设计并制作了一种三自由度气动柔性驱动器，分析其变形机理并通过实验研究增强肌肉对驱动器伸长量、弯曲方向及弯曲角度、驱动力的影响。实验结果表明：通过控制驱动器人工肌肉内腔气压，驱动器可以产生轴向伸长和空间0°～360°任一方向弯曲变形；增强肌肉通压对驱动器变形量和驱动力有增幅作用，0.4MPa气压下驱动器无增强时伸长率49%，弯曲角度68°，轴向驱动力278N，增强后驱动器伸长率为54%，弯曲角度为77.5°，轴向驱动力为300N。

关键词：柔性驱动器增强肌肉轴向伸长弯曲角度驱动力

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多自由度气动柔性手腕动力学性能实验研究

机床与液压 2022年第20期50卷 50-53页

作者：刘洪波耿德旭刘齐祝燕北华大学工程训练中心吉林吉林132021 北华大学护理学院吉林吉林132013

为辅助手腕功能缺失患者进行康复训练,设计一种气动柔性手腕。该手腕由4根人工肌肉和1个气动球形制动器并联而成,具有2个自由度和2个机动度,能够实现俯仰、横摆运动,且能根据任务需要,实时调节阻尼实现位置保持。该手腕属于气动复合弹性... 详细信息

为辅助手腕功能缺失患者进行康复训练,设计一种气动柔性手腕。该手腕由4根人工肌肉和1个气动球形制动器并联而成,具有2个自由度和2个机动度,能够实现俯仰、横摆运动,且能根据任务需要,实时调节阻尼实现位置保持。该手腕属于气动复合弹性体,其动力学模型十分复杂且不利于实时精准控制。为便于后期手腕的运动控制,对其动力学性能进行实验研究。采用三维运动捕捉系统对不同阻尼情况下,手腕在不同激励信号下的动力学特性进行对比实验,得到了大量动力学性能数据,为后续手腕运动控制及其在相关康复机器人中的应用提供技术支持。

关键词：气动柔性手腕多自由度动力学性能阻尼

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气动柔性五指机械手的运动学及抓持能力

机器人 2014年第2期36卷 171-178页

作者：赵云伟耿德旭刘晓敏张金涛北华大学工程训练中心吉林吉林132021

根据人手仿生学结构,采用2种自主开发的柔性关节,研发了气动柔性仿人机械手.该机械手有5根手指,每根手指由关节本体和驱动装置复合一体的3个柔性关节组成.首先采用参数化齐次坐标变换矩阵,建立了机械手运动学方程.而且分析了机械手的工... 详细信息

根据人手仿生学结构,采用2种自主开发的柔性关节,研发了气动柔性仿人机械手.该机械手有5根手指,每根手指由关节本体和驱动装置复合一体的3个柔性关节组成.首先采用参数化齐次坐标变换矩阵,建立了机械手运动学方程.而且分析了机械手的工作空间,并对机械手摆出复杂手势和取物进行了仿真.相应的实物样机实验通过机械手气动平台完成,验证了该机械手的灵活性及其功能.测试了柔性手指在不同通气方式下手指各关节的夹持力.该机械手具有较高灵活性,能够完成抓、握、捏、夹和拧等13种取物模式,对物形变化具有较强的适应性.

关键词：气动复合弹性体人工肌肉柔性关节仿人机械手

机械手臂正运动学及其末端机械手工作空间研究

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机床与液压 2022年第3期50卷 15-20页

作者：刘洪波耿德旭武广斌孙国栋梁正北华大学机械工程学院吉林吉林132021

机械手臂作为机器人实现抓取任务的主要执行机构,其合理化结构设计、运动学模型构建及可达空间问题一直是研究热点。基于机械手臂构型特点,采用改进的D-H法创建了机械手臂正运动学模型,通过齐次坐标变换推导出末端机械手的位置矩阵,并... 详细信息

机械手臂作为机器人实现抓取任务的主要执行机构,其合理化结构设计、运动学模型构建及可达空间问题一直是研究热点。基于机械手臂构型特点,采用改进的D-H法创建了机械手臂正运动学模型,通过齐次坐标变换推导出末端机械手的位置矩阵,并通过理论计算与仿真结果对比验证了所建模型的准确性;利用蒙特卡洛法对末端机械手工作空间进行模拟,得到末端机械手工作空间点云图及工作边界;利用convhull凸包函数处理边界点云,生成一个较为准确的包络空间进而计算该工作空间体积大小;在此基础上,进一步分析得到机械手臂结构参数对其工作空间体积的影响规律,为后续机械手臂结构参数优化、运动控制和轨迹规划等提供了参考。

关键词：机械手臂正运动学蒙特卡洛法工作空间结构参数

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变刚度弹性轴的设计与实验分析

造纸装备及材料 2023年第10期52卷 31-33页

作者：王霞彭贺耿德旭武广斌北华大学机械工程学院吉林吉林132021

气动柔性关节具有灵活、柔顺以及人机交互安全等优点,被广泛应用到农业、医疗和环境探测等各个领域。目前,气动柔性关节的刚度不足,驱动能力弱。文章基于颗粒干扰原理提出一种变刚度弹性轴,建立了变刚度弹性轴的数学模型,分析出弹性轴... 详细信息

气动柔性关节具有灵活、柔顺以及人机交互安全等优点,被广泛应用到农业、医疗和环境探测等各个领域。目前,气动柔性关节的刚度不足,驱动能力弱。文章基于颗粒干扰原理提出一种变刚度弹性轴,建立了变刚度弹性轴的数学模型,分析出弹性轴刚度与气压值的关系。通过实物的刚度实验,得到理论模型结果与实验结果相对误差在10%以内,验证了刚度与气压值关系数学模型的准确性,弹性轴最大刚度是其初始刚度的35倍,拓宽了柔性关节的应用领域。

关键词：气动柔性关节弹性轴变刚度颗粒干扰

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基础制造技术实训