采用橡胶气囊驱动器和弹性元件研制了一种新型空间弯曲柔性关节,该柔性关节具有3个自由度,可以轴向伸长和向空间任意方向弯曲。通过气压传感器和数据采集器获得关节内工作气压信号特性。利用高速相机对空间弯曲柔性关节进行了动态实验,分析了柔性关节在不同激励信号下的动力学特性,为建立柔性关节的控制模型提供了依据。

本文介绍了气动柔性关节的结构和工作原理,该关节利用气压驱动实现轴向伸长和弯曲变形.对关节进行了力(矩)平衡分析,建立了压力与关节伸长和端面转角之间的数学关系.搭建了试验系统,对关节进行了压力与伸长量及转角的关系实验.引入了修正系数,修正好的模型能较好的反映关节的运动过程.

设计了一种采用伸长型气动人工肌肉的三自由度柔性驱动器,该驱动器的驱动装置与本体复合一体,主要由3根对称分布的人工肌肉并联组成。根据力和力矩分析,考虑了驱动器伸长量、弯曲方向和弯曲角度的综合影响,建立了驱动器伸长量、弯曲方向和弯曲角度的非线性理论模型。通过试验对理论模型进行了验证,获得了柔性驱动器在不同通气方式下的形变性能。结果表明该柔性驱动器弯曲时近似圆弧状,具有较高灵活性,能够实现轴向伸长和空间内任意方向弯曲,可作为执行部件应用于农业机器人和果蔬采摘机械手等仿生机械上。

设计三自由度气动柔性关节六足机器人直行、原地回转以及定半径回转运动过程的步态实现方法,搭建运动学实验平台,验证所设计步态的合理性,分析最佳运动性能参数.实验结果表明:机器人步态设计合理可行,在动作频率为2 Hz,负载500 g,直行气压0.20 MPa,单次转体回转角度15°,定半径50 mm转弯下,运动性能最佳.

针对液压起重机运动过程中,压力和选择角度变化难以预测问题,对液压起重机进行建模,提出了基于假设模态液压起重机运动控制模型。介绍了液压起重机结构,采用拉格朗日定理对液压起重机运动臂进行建模,推导出起重机动力学方程式。同时,假设平动连杆近似为单梁,对液压起重机伸缩臂的变形进行研究,采用MATLAB软件对液压起重机执行机构的压力和吊杆的旋转角度进行仿真,并且与实际测量值进行比较。结果表明:液压起重机执行机构的仿真压力变化值、吊杆的旋转角度变化值与实际测量值接近,能够对实际工作中压力变化及吊杆的旋转角度变化值进行很好的预测。采用假设模态建立的液压起重机运动模型,能够有效的模拟起重机臂运动产生的压力变化和角位移变化。

自主研发了轴向位置及驱动力可控制的新型气动柔性轴向驱动器,驱动器采用双气囊结构,中部设置有导向轴,在保证驱动器轴向伸长的同时有效提高了横向刚度。根据经典橡胶理论,研究驱动器轴向伸长变形、驱动力与工作气压的关系,并分别得到了驱动器气压-伸长量、气压-输出力公式。通过搭建静力学实验平台,进行相关静力学实验,对驱动器力学公式进行验证。实验结果表明:驱动器力学公式与实验结果具有良好的一致性;驱动器伸长量随工作气压的增大呈非线性增加;工作气压一定时,输出力与伸长量呈反比;伸长量为0时,驱动器具有的轴向驱动能力最大,且随工作气压的增大呈线性增加;工作气压为0.18 MPa时,最大伸长量为28.1 mm,最大输出力为52.04 N。

采用自主研发的2种软体驱动器研制一种气动柔性管道机器人,并根据作业任务,规划两种运动步态,分别是快速移动步态和载荷作业步态;利用运动学实验平台进行机器人的运动实验,验证了步态的合理性与准确性。结果表明:应用规划的步态,机器人可在不同工况下、不同截面形状和直径的管道内爬行,高效稳定地完成作业任务;快速移动步态下机器人最大速度可达5.50 mm/s,载荷作业步态下机器人最大负载能力为10 N。

仿照蠕虫运动机理,利用自主研发的径向膨胀和轴向伸缩软体驱动器,研制了一种蠕动式气动软体管道机器人。研究了两种驱动器的结构设计和工艺流程;并进行了静力学实验,获得了驱动器静力学特性;依据轴向伸缩软体驱动器的形变原理,建立了机器人的运动学模型,获得了在不同气压、频率和负载情况下机器人的运动性能。结果表明,管道机器人具有较好的灵活性和适应性,可在一定直径范围的管道内自由爬行,爬行最大运动速度可达4.64 mm/s,负载能力为1000 g。

为摆脱缆线束缚设计一种自供气无缆式软体执行器,将柱塞式微型气泵集成于软体驱动器内部,无需外界气源供入,可往复循环供气驱使驱动器弯曲变形。研究无缆式驱动器结构设计与制作工艺并试制了原理样机,建立微泵气压模型和驱动器变形模型并进行相关实验验证,获得微泵动态性能及驱动器在微型气泵供压下的弯曲变形规律。结果表明:该执行器可实现无缆、独立、自主弯曲变形,在微泵022 MPa供压下驱动器可弯曲120°。

文章针对输油管道泄漏维护中的难题，提出了研制开发基于无线电液控制技术的维抢设备的解决方法，着重阐述了无线电液控制系统的设计实现，并介绍了系统采取的防爆措施。