农林业中果蔬的自动化采摘需求日趋强烈,末端抓手是实现无损采摘的关键。传统的末端抓手以刚性结构居多,现有的各种柔性抓手也存在抓取力不足、包覆性不佳等缺点。本文以草莓的无损采摘为研究对象,提出将草莓外部轮廓曲线作为设计曲线,设计了一种新型气动四叶片软体抓手。首先,对软体抓手的结构做仿真优化,提出一种安全地附着在目标物表面的设想。然后,在进行草莓表面的最小破坏应力试验的基础上,测试了软体抓手的末端力,验证了其实现无损抓取的可行性。再次,利用动态捕捉技术,研究了软体抓手叶面的弯曲变形规律。最后,选择使用弧线型气体通道的软体抓手进行了草莓抓取测试,结果证明了气动四叶片软体抓手可以实现草莓的无损抓取,抓取成功率达90%,破损率为2%,表明所研制的四叶片软体抓手用于草莓抓取时具有良好的稳定性和实用...

为解决现阶段软体机器人与人手贴合较差、自由度不够、驱动力小等问题,设计了一种带有双向弯曲模块和伸长模块、可实现多个自由度独立或耦合运动的软体机器人。利用有限元仿真分析方法建立了软体驱动器模型,融合多种柔性材料,保证驱动器可以提供足够大的驱动力。利用传感器实现了对弯曲特性的跟踪。实验验证表明该软体机器人可以完成抓握训练、手势训练等,满足患者不同康复阶段的训练要求,指尖力可达到5.1 N,可对患者日常的手部康复训练运动起到辅助作用。

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.

提出了一种可用于六足软体机器人步态控制的气动软阀逻辑回路,气动软阀逻辑回路由气动环形振荡器、三通双稳态软阀、手动控制器组成。由气动软阀组成的环形振荡回路可自主产生3组不同相位的气压振荡周期信号。对气动环形振荡回路振荡周期的影响因素进行了建模与分析。整个气动软阀逻辑回路具有完全柔软性且不含任何电子元件,可应用于限制电子设备使用的环境,如躲避电信号监测、对电火花敏感等极端环境。经测试,软体机器人在3种不同工况条件下运动的步态周期分别为T1≈3.02 s、T2≈4.10 s和T3≈4.96 s。气动软阀逻辑回路可控制六足软体机器人实现预期动作。

为解决气动软体驱动器的气源问题,利用活塞式驱动方法实现软体驱动器的压力与变形控制。根据气动软体驱动器的基本力学特性,给出气动软体驱动器的线性化模型,建立了活塞式驱动软体驱动器的静力学模型及拮抗式驱动系统的活塞驱动模型。对活塞式驱动的伸长型和弯曲型软体驱动器进行了测试,活塞位移和软体驱动器的变形之间近似呈线性关系,与理论相符合。活塞式驱动方法简化了软体驱动器的能源部分,为流体驱动软体机器人研究提供了具有应用潜力的能源控制解决方案。

为揭示气动网格气囊结构对驱动器弯曲性能的影响,以单气囊和双气囊模型为对象,开展了非线性有限元分析研究。研究发现矩形气囊较纵向圆柱、三角形和横向圆柱气囊具有更好的弯曲性能。在矩形气囊中,减小壁厚、增大气囊高度可以提升弯曲效果,增加气囊长度虽也可提升弯曲角度,但会降低单位长度的弯角。通过双气囊模型分析,发现气囊的变形存在耦合关系,导致每个气囊实际的弯曲效果均小于单独作用时,同时由于大位移引起的非线性,使得气囊引起实际弯曲变形还与所处位置有关系,因此在软体机器人建模中常用的常曲率模型可能存在局限性。

现有刚性机械手无法满足对易碎和软质物体的抓取,无法适应混流生产线。柔性抓手具有高自由度和自适应能力,故设计一种纤维增强型柔性指节,可组装制备柔性抓手。本文介绍了纤维增强型柔性指节的制备方法和工艺流程,制备了一套纤维增强型柔性指节实物。指节主体为硅胶材质,使用碳纤维布作为限制层,使用车胎帘线作为纤维增强层。使用自行搭建的测试环境和压力驱动控制器,对柔性指节的弯曲半径和接触推力进行测试,试验结果表明该柔性指节能够在50-90 kPa时产生明显的弯曲效果和较好的接触推力,满足抓取需求。具有良好的自适应性和可靠性,适合用于抓捕工作。

软体驱动器是一种由柔软材料组成,并主要通过弹性材料的弯曲、收缩或伸长等来实现运动的执行器。软体驱动器是实现仿生软体机器人运动和动作的关键部分,开发适用的软体驱动器是进行仿生软体机器人研究的前提。为研究能够驱动软体机器人的仿生软体驱动器,基于目前常见的软体驱动器形式,提出并设计了一种多腔体式仿生气动软体驱动器。该气动软体驱动器主体结构采用硅胶材料制作,能够利用3D打印的模具进行成型。该驱动器主体结构加上底面或经组合后,可以分别得到伸长驱动器、单向弯曲驱动器及双向弯曲驱动器,能够实现类似身体柔软类动物的仿生变形运动。分别对上述3种软体驱动器的静态特性进行了测试,结果表明,在15kPa压力下伸长驱动器的伸长率能够达到40%以上,弯曲驱动器在同样压力下也具有较大的弯曲变形。经实践证明,所设计的...

随着机器人工作范围越来越广泛,运行环境情况也更加复杂,为了解决传统刚性连杆多足机器人对环境适应性不足,设计一种采用柔性材料、基于Arduino平台控制的气动仿生四足机器人。机器人本体采用16根气动人工肌肉进行驱动,单腿配置采用菱形布局的4根气动人工肌肉,模拟生物肌肉驱动通过气动人工肌肉组对以充放气实现的拉伸力摆动四足。通过Arduino编程协调16个开关量的先后顺序改变三位五通电磁阀的工作位来控制四条腿的摆动顺序,从而对机器人进行步态规划,并通过相关实验实现了多种步态动作模式。

结肠镜是检测肠癌的金标准,提前筛查能够大幅度降低肠癌的发病率。提出了一种基于仿生的软体机器人设计方案,采用3个内腔体的软体材料结构,通过控制腔体气压大小控制机器人的弯曲方向与角度。该软体机器人安置在传统肠镜的末端,替换传统的人工式操作,在肠镜手术检查过程中起导引作用,可有效的避免结肠镜检查推进与取出过程中肠镜与肠道的不必要接触。利用有限元分析的方法,对软体机器人驱动腔体的形状和布局以及多段式结构进行了仿真,优化