摘要：连续型机器人是一种新型的仿生机器人,由于其内在的柔顺结构,适合在狭小复杂等领域中进行探测、抓持等操作.相比于传统的刚性机器人,连续型机器人不仅具有更高的安全性,而且有望获得更高的灵活性,但是目前却很少有针对连续型机器人的灵活性展开分析的研究.针对这种情况,设计开发了一种采用模块化关节的连续型机器人,基于运动学模型与雅可比矩阵等相关概念,对连续型机器人的局部灵活性指标以及全域灵活性指标进行了定义和计算,并发现当机器人的总长在一定范围内、采用不同关节长度设计时,对应的工作空间中各末端点灵活性分布存在较大的差异.而后,结合连续型机器人的结构特点,引入粒子群仿生优化算法,利用灵活性来指导机器人的关节长度设计,使机器人获得全域灵活性指标下最优的关节灵活性.最后,引入操作灵敏度指标来对采用最优关节长度设计的连续型机器人进行直观的灵活性仿真与实验验证,并与传统的各关节长度一致的结构设计进行了对比实验.结果揭示了机器人灵敏度指标与基于雅可比矩阵条件数的灵活性指标之间的关系,即灵活性较高的末端点其各向灵敏度分布亦较为均匀.

摘要：针对空间机械臂碰撞过程中产生的冲击和破坏问题,提出一种能被动适应碰撞且能保证操作精度的可变刚度丝驱动连续型机械臂。在以超弹镍钛合金丝为支撑脊椎和驱动部件的基础结构上,设计了一种利用温控记忆合金改变关节内摩擦力的变刚度方法。通过运动学分析得到机械臂驱动空间、构型空间和工作空间之间的坐标映射及速度雅克比矩阵,并结合末端位置反馈设计了一个稳定的闭环运动控制器。在检测丝驱动力的基础上提出了一种碰撞识别方法和相应的变刚度控制策略。运动控制和变刚度控制的实验结果表明该连续型机械臂具有良好的运动控制精度和刚度调节能力。

摘要：将Hart直线机构和剪叉机构相结合,提出一种仅含转动副的直线可展单元结构模型,并以此为基础设计得到一种新型剪叉式可伸缩可升降机构,该机构可实现一维方向上的直线伸缩或升降运动。首先,阐述剪叉式可伸缩可升降机构的模块化组成原理,将机构的组成等效为底部模块、中部模块和顶部模块的顺序叠加,3种模块均由直线可展单元构成;其次,建立单个直线可展单元的运动学模型,结合机构的模块化组成原理,推导出任意模块间的运动学递推关系,并以此为基础构建多层模块条件下剪叉式可伸缩可升降机构的整体运动学模型,用以验证该型机构实现精确直线运动的正确性和有效性;最后,以3层2列剪叉式可伸缩可升降机构为例,对其进行静刚度虚拟仿真分析。结果表明,机构沿可伸缩方向具有较好的抵抗变形的能力。

摘要：为解决传统机器人柔顺关节存在的振动及控制精度低的问题,利用流体节流原理设计了一个新型变阻尼柔顺驱动关节,以便调节运动过程中系统的动态性能,实现振动抑制。该驱动关节在传统柔顺驱动器的基础上,并联设置一个粘滞阻尼可调模块;通过曲柄滑块机构遮挡液压节流孔的通流面积,从而改变关节系统输入端与输出端之间的阻尼系数;推导变阻尼模块和完整驱动关节的数学模型,给出变阻尼柔顺关节的控制器结构,并进行仿真和实验验证。结果表明:该机器人变阻尼柔顺驱动关节能够在不降低响应速度的情况下减少振动,当取合理阻尼值时关节可在0.5s内达到稳定值,且响应超调量减少50%以上。