摘要：为更好地实现对动态非合作目标的捕获,设计开发了一种多臂式柔性捕获器.这种捕获器的原理类似海葵等生物捕猎的方式,不依赖单个柔性臂的精准夹持而是靠多根臂所构成的臂群实现聚拢、挤压等动作,以完成对目标物体的捕获.基于能量守恒和动量守恒原理对非合作目标物体与柔性臂的碰撞问题进行分析,给出了发生碰撞后柔性臂与目标物体各自的运动参数.为进一步分析柔性臂的动态变形过程,采用多个线性关节和扭转关节的组合对单根柔性臂进行描述,并基于牛顿法对各离散关节进行受力分析,建立了柔性臂的动力学模型.将柔性臂整个变形过程离散为多个微小时间段运动的集合,通过动力学分析得到当前时刻的动力学参量,经过一个微小时间内的运动后即可得到下一时刻各质点的位置,迭代进行上述步骤便得到了柔性臂的动态变形过程.而后,通过实验确定单臂动力学模型的最优参数,并将参数优化后的动力学模型在不同加载情况下与单臂样机进行对比,验证了动力学模型的准确性.最后,在单臂动力学模型的基础上建立包括多根柔性臂的捕获器三维模型,进行非合作目标捕获的仿真与样机实验.结果表明:所设计的臂群式柔性捕获器能够很好地完成动态非合作目标捕获任务,所建立的捕获器三维仿真模型可以基本反映动态捕获过程.

摘要：为了有效解决空间太阳电池阵帆板由于振动对航天器位姿的干扰问题,进一步提高卫星和轨道器的飞控稳定性及其自身的指向精度(对地和对日定向),设计了一套太阳电池阵帆板主动抑振地面实验系统,研究了压电纤维复合材料(Macro Fiber Composite,MFC)的主动抑振机理,采用模态应变能最大理论确定了MFC的最佳粘贴区域。设计了一款PID自整定控制器,开展了太阳电池阵帆板系统的主动抑振实验,验证了PID自整定控制算法的可行性。实验中分别进行了自由振动状态下的抑振以及引入正弦干扰和白噪声干扰下的抑振研究。实验结果表明,在未施加主动控制时,帆板自由振动趋于稳定的时间超过40 s;在采用了基于PID自整定算法的主动控制后,帆板的自由振动可在3 s内趋于稳定。此外,在上述正弦和随机白噪声两种信号干扰激励下,帆板的自激振动均能在3~5 s内得到有效控制,并且主动控制前后帆板稳定于平衡位置的幅值从18 mm降到了3 mm,抑振效率达到6倍,效果明显。此外,通过对时域信号进行傅里叶变换,从频谱曲线可知其抑振效果也非常显著,响应幅值最大从24 mm降低到了6 mm,抑振效率也达到4倍。

摘要：为实现高仿生性要求,基于机械仿生原理提出一种新型仿下颌运动机器人.首先,针对人类下颌系统驱动肌肉的分布不对称、作用力方向不同以及与上下颌连接点不共面的生物力学特性,建立基于6-PUS并联机构的仿下颌运动机器人.其次,推导其运动学反解方程和雅可比矩阵,并进行工作空间、奇异值、灵活度等运动性能分析,以验证机构设计的可行性.最后,在建立的虚拟样机平台上进行下颌运动仿真实验,对仿下颌运动机器人的轨迹及驱动系统进行分析,并与人类下颌真实运动进行比较.结果证明该仿下颌运动机器人能满足人类下颌运动轨迹真实性的要求.

摘要：本文将多无人直升机编队控制分解为若干对具有主从结构的无人直升机相对状态控制问题,并提出利用相对动力学建模方法设计编队控制器.无人直升机相对动力学由6自由度空间刚体相对动力学和单体直升机飞行动力学两部分组成.基于这种相对动力学模型利用反馈线性化和扩展高增益观测方法设计具有内外环阶梯结构的控制器.最后,通过仿真验证了这种方法能够跟踪给定期望值并具有一定扰动抑制能力.

摘要：研究一种网格型自重构模块化机器人,基本模块由1个中心体和6个旋转面(连接面)组成。针对该网格型自重构机器人的性能和模块连接可靠性的不足,设计一个新的模块对接系统。该对接系统主要由可伸缩轴和可变孔组成,通过可伸缩轴和可变孔的对中、配合、锁紧和松开可仿真实现正常模块与正常模块、正常模块与故障模块的连接和分离,实现网格型自重构机器人的自变形及自修复动作,从而保持机器人整体构型的完整性。基于模块的几何特征,描述相邻模块的对接关系;基于'棋盘约束规则',分析了模块间的对接过程:模块旋转到位阶段和模块微调对中阶段;6模块自重构机器人的对接仿真和3模块试验证实该自重构机器人系统能够完成模块间的对接任务。

摘要：针对目前主动式胶囊机器人存在的安全性和有效性问题,提出了一种基于伸缩和平移机构的腿式胶囊机器人.其中,伸缩机构采用微型连杆结构,平移结构采用丝杠-螺母结构.在空间位置、速度和输出力等约束条件下,对这两套驱动机构进行建模和分析,实现尺寸参数和电动机工作参数的优化.经过优化,伸展速度的范围为16.8 mm/s^34.2 mm/s,伸展力的范围为2.45 N^0.44 N,伸展效率的范围为92.8%~34.0%;而平移速度、平移推力和平移效率则基本保持恒定,分别为50 mm/min、4.20 N和50%.胶囊机器人驱动单元的长度和外径分别为33 mm和16 mm.最后,在离体猪结肠内测试该腿式胶囊平移机构机器人的性能,结果表明它可实现有效、安全的伸缩与平移运动,其平均速度可达25 mm/min.

摘要：以波浪驱动无人水面机器人(WUSV)的运动效率为研究对象,首先分析了该机器人的驱动原理,并推导了驱动力的计算公式.然后,结合波浪理论从能量转化角度建立了运动效率分析模型.最后通过波浪驱动无人水面机器人实验平台,分析和计算了波高、波浪周期和翼板旋角对运动效率的影响,这为WUSV的动力学建模和效率优化分析提供理论基础和设计依据.

摘要：针对胃镜操作难度高、医生工作强度大、消化液污染以及X射线辐射等问题,提出了主从式胃镜辅助介入机器人系统.在充分分析医生手动操作胃镜特点的基础上,将机器人分为镜体输送机械臂与镜体操作机械臂两部分.镜体输送机械臂调整镜体相对于病人口部的位姿,并完成插镜动作;对镜体输送被动臂进行逆运动学分析,确定各关节参数与基座位置;对输送器与镜体间作用力进行分析以确定输送电动机输出力矩.镜体操作机械臂控制操作部完成镜体旋转、操作部跟随、末端弯曲以及送气送水和抽吸功能.采用手柄实现对胃镜介入操作的主从控制,完成手柄与镜体在动作上的直观映射.在体外测试实验之后,进行活体动物实验发现机器人系统可完成对镜体的各项操作且未发现对组织造成损伤.实验结果表明,本文提出的胃镜辅助介入机器人系统可直观有效地完成胃镜介入,降低了操作难度,符合人类工程学设计.

摘要：提出用自主水下机器人(autonomous underwateer vehicle,AUV)基于仿生行为追踪深海热液羽流,进而快速、精确定位海底热液喷口;并针对AUV追踪深海热液羽流的仿生控制策略研究需要,设计、实现了一个计算机仿真环境.首先介绍了基于AUV的深海热液羽流追踪和该仿真环境的模块化构成,然后给出了仿真环境中的流场和羽流仿真模块所采用的仿真模型及其高效的数值求解算法,和为便于蒙特卡洛仿真而设置的一组随机初始条件和边界条件,以及介绍了控制系统仿真模块采用的一种基于行为的模块化的AUV控制系统体系结构.该仿真环境体现了AUV追踪热液羽流的仿生控制策略研究的问题复杂性因素,包括流场非均匀和非定常,羽流分布不规则、不连续、空间尺度大,羽流轴线弯曲,以及羽流含有浮力上升部分和包含非守恒示踪物质,并且具有较好的可视化效果.同时,该仿真环境具有较高的计算效率,适合于实时仿真和蒙特卡洛仿真研究.分析和演示表明,该仿真环境满足研究需要,为AUV追踪深海热液羽流的仿生控制策略研究提供了有力的支持.

摘要：进行了小肠动态粘弹特性的研究，应用五元件模型描述了小肠材料的松弛过程，得到了小肠材料的粘弹性本构方程。搭建了物理仿真平台，设计了负压吸附夹具，进行了小肠剪切松弛实验，实验验证了模型的有效性并进行了模型参数辨识。将该模型应用于振动式胶囊机器人，根据机器人的运动参数研究了小肠在一定频率下的动态粘弹性，得到了以下结论：五元件模型可以很好地拟合小肠材料松弛过程；小肠材料本构方程参数不是固定的而是随应变变化的；在胶囊自由振动过程中，整个系统呈现过阻尼状态，即非往复的衰减运动。