摘要：软体机器人具有灵活度高、人机交互安全等优势,在操作易碎物体和非结构化环境中具有广阔应用前景.气动软体驱动器是构建软体机器人的重要部件之一,其特性直接影响到软体机器人的性能.针对气动网格型软体驱动器,从腔室侧壁膨胀角和驱动器弯曲角度的非线性关系出发,基于赫兹接触理论和Yeoh超弹性不可压缩材料的非线性本构方程,建立了多腔室气动网格软体驱动器的准静态力学模型.该模型考虑了超弹性材料变形和多腔室侧壁膨胀接触几何非线性特点,能够准确描述不同输入气压与驱动器弯曲角度和顶端输出力的关系.根据仿生思想设计了一种多腔室复合弯曲多腔室气动网格驱动器结构,并基于该结构分别通过有限元仿真和实验对提出的解析模型进行验证.结果表明,解析模型计算结果与有限元仿真结果、实验结果最大差异均不超过10%.该气动网格软体驱动器解析模型具有较好的准确性.

摘要：面向筒段类部组件的对接装配需求,提出一种转运小车大范围移动、六自由度并联机器人小范围调姿对接的机器人化装配系统,开展数字孪生装配研究。首先,以旋量为数学工具,进行并联机器人的全关节逆解与运动学标定,获取机器人任意位姿下各个构件的真实相对位姿关系,利用三维模型重建技术构建出与物理空间镜像映射的数字模型。随后,借助双目视觉动态摄影测量仪获取测量点坐标,通过点、线、面等几何特征拟合,建立转运小车、机器人以及筒段的坐标系,完成物理空间的初始特征测量与装配过程的实时反馈,在此基础上,设计数字空间与测量仪、转运小车、机器人控制器的通信,实现“从实到虚”和“以虚控实”。最后,利用数字孪生装配模型开展快速平稳无碰撞的装配轨迹规划,提出停泊点调姿-平移对接的装配工艺流程,并在停泊点处进行装配预测,据此提出对接过程中的实时调整算法。开展筒段特征测量实验,筒段平面、圆柱面、圆心与定位孔的测量精度均较高,满足装配需求;进行筒段位姿实时调整实验,结果表明所提出的算法提高了筒段对接的一次成功率;通过转运、调姿、对接的装配全流程实验,验证了所提出的数字孪生装配技术的有效性。

摘要：第三次工业革命后,电子信息技术得到了飞速发展,人们习惯于将机械系统视为冰冷的被控对象,一切动作和响应都依靠中央控制器发出的指令而执行。然而,自古以来机械结构就以其巧妙的设计和组合,对人们的生产和生活发挥着重要的作用。如今,随着机构学、机器人学和材料学等的发展,重新审视这些会思考的机器,并引出了机械智能的概念。基于此,总结传统机构、柔性机构及机器人中所展现的机械智能,并对其中涉及的科学问题进行概述。对机械智能和机械控制系统的关系进行讨论。机械智能以其系统可靠性、快速响应性和人机交互安全性等优点必将成为今后智能机器或机器人发展的重要方向之一。

摘要：针对单稳系统检测脉冲信号的参数调节方法很难达到理想随机共振效果的难点,本文提出了脉冲序列整体平移的方法.该方法不采用系统参数调节,而是通过偏移量的设置来实现并达到增强单稳随机共振的目的.为了减小单稳脉冲响应波形的失真,探讨了该方法减小脉冲响应失真的机理.在噪声存在的情况下,揭示了该平移方法调节噪声使噪声产生积极作用从而改善单稳随机共振的机理,表明所提方法有利于含噪脉冲信号的检测.

摘要：以外加磁场压电悬臂梁能量采集系统结构为研究对象,根据磁化电流方法探讨了具有悬臂梁特征的系统结构的磁场作用力及其计算方法,给出了相应的磁力计算模型,并将计算结果与实验数据进行了对比.研究表明,磁化电流方法导出的磁力计算模型存在偏差,其磁力计算误差随着磁铁间距缩小而增大.通过引入悬臂梁末端磁铁的偏转角度,对磁化电流法计算模型进行改进,得到合理的外加磁场压电悬臂梁能量采集系统的磁力计算模型,为该能量采集系统的进一步研究提供了可靠的磁力计算理论依据.

摘要：在分析了常规刚性支撑非线性能量采集系统的研究基础上,提出外部磁铁弹性支撑的结构设想,保证系统在低强度激励条件下也能处于双稳态振荡,提高机电能量转换效率.研究表明,对于强度变化的随机激励历程,弹性支撑非线性能量采集系统不需要实时调整磁铁间距,能够更好地迎合强度时刻变化的随机激励源,实现高效的机电能量转换.

摘要：随着21世纪折纸工程学的发展,折纸不再仅仅是一项民间艺术,一方面数学家前期的大量工作随之浮出水面,另一方面工程应用对折纸结构折叠过程的描述与分析都提出了新的挑战.同时,折纸的对象也不再局限于简单的纸张,工程中存在大量的厚度不可忽略的平板结构,他们的折叠展开问题一直困扰着相关的工程应用.近几年超材料的发展给模块化折纸带来了一次从玩具到高科技的飞跃,然而如何协调地安排这些折纸模块使得整体结构展现出超常且可变化调控的性能是折纸领域的新热点.由此可见,折纸运动学在诸多应用与探索方面都起到了决定性的基础作用.本文重点介绍了已有的机构学理论与方法及其在各种折纸结构分析设计中的应用,旨在为折纸工程学的发展提供坚实的理论技术基础.

摘要：超材料是一类新型人工复合材料或复合结构,特殊的微观或宏观内部结构设计使它们具有自然材料不具备的超常物理性质。超材料的发展经历了二维电磁超表面到三维机械、热学、声学、光学超材料的发展之后,正进入可编程、可调控的阶段,近年来涌现出各种各样具有大变形能力的超材料,以实现物理性能的设计预期与主被动适应。对大变形超材料的设计、功能、制造等方面的发展现状进行了简要的综述,分析这类超材料研究当前存在的主要问题与发展趋势,为多功能超材料的编程与调控研究提供借鉴与参考。

摘要：选用NACA 4位数翼型,采用计算流体力学方法分析了翼型对水下滑翔机滑翔经济性和稳定性的影响。研究结果表明,合适的翼型可以极大地提高滑翔经济性,但对滑翔机静稳定性的提高并不明显;对于非对称翼型,翼型的弯曲程度和弯曲方向对滑翔经济性和静稳定性的影响均很大。在此基础上,并结合工程实际,提出了变后缘柔性机翼方案,通过数值模拟试验验证了所提出方案的可行性。研究成果为水下滑翔机柔性机翼的设计提供了理论参考。

摘要：紧凑型微创手术(MIS)机器人的开发对微创手术技术的推广具有重要意义.在深入分析造成da Vinci微创机器人体积庞大的原因的基础上,开发了一种紧凑型微创手术机器人系统.通过添加双被动关节的方式实现了机器人从操作手的紧凑设计,并提出了与该从操作手相匹配的运动支点预估算法;针对从操作手的应用需求,设计出一种具有末端自转功能的新型微创器械,该器械有助于降低机器人辅助微创手术的操作难度;结合器械的构型特点,设计了机器人主操手,并建立了微创机器人主从运动映射模型,解决了传统微创手术中存在的眼手运动不一致问题.利用所开发的系统样机进行了系列验证性实验以及动物实验,充分验证了所提出的微创手术机器人设计方案的可行性.