由于软体夹持器的自由度较多,需要多个观测量同时进行观测,然而软体驱动器制作材料、作业方式的特殊性及对传感器柔韧性、可自由弯曲的要求等,导致目前软体夹持器可观测量较少、位置反馈的精度不高、可控性能较差。文中通过驱动器结构设计、结合多个传感器增加了软体驱动器可观测量的冗余度,并借由驱动器弯曲变形的数学模型搭建驱动器末端位置反馈模型,提高了软体驱动器末端位置反馈的精度。实验表明,经过位置反馈后,其观测误差能控制在在0~3 m m之间。

软体机器人主要通过软体驱动器实现运动。因此,软体驱动器的研究对软体机器人的发展起到了至关重要的作用。基于波纹管结构,采用3D打印的方式制造了一种具有良好运动性能的软体驱动器,并通过有限元分析软件,分析其主要结构参数对软体驱动器运动性能的影响。最后通过实验平台对软体驱动器的运动性能进行测试。实验结果表明:软体驱动器伸长量能达到60 mm,弯曲角度可达75°,从而证明所设计的软体驱动器拥有良好的运动性能。

针对现有的软体机械手手指存在弯曲形态单一、运动范围小等缺点,设计了一款基于骨架的气动软体仿人手指。该手指由3个弯曲驱动器和2个伸长驱动器的交叉组合而成,既能通过弯曲驱动器灵活地实现复杂弯曲动作,又能通过伸长驱动器控制运动范围。文中通过对基于骨架的气动软体仿人手指结构进行设计,使用Abaqus仿真软件对弯曲驱动器和伸长驱动器进行有限元仿真分析,得到2种软体驱动器在不同参数下的气压-位移变化曲线。根据仿真结果可以得到最佳结构参数,同时说明该软体仿人手指的设计具有可行性。

气动软体驱动器的材料与电气比例阀的压力控制都具有较强的非线性,传统的PID控制方法对非线性系统的控制很难达到理想的效果。文中提出了一种将模糊控制与PID相结合的控制策略。根据电气比例阀结构与工作原理,初步建立了电气比例阀的数学模型。通过基于采集输入输出数据的系统辨识方法来获得控制系统的传递函数,基于此传递函数在MATLAB/Simulink中建立模糊PID控制模型并对其进行仿真,将模糊PID和PID的控制效果进行比较。结果表明,模糊PID算法在电气比例阀压力输出控制方面具有更好的自适应能力。

软体驱动器具有优异的柔顺性，能适应不同形状的目标物体，且不易损伤被抓持物。为了在工业流水线上快速安全可靠地抓持诸如水果、精密元器件等不同质量、不同尺寸物体，该文介绍了一种新型关节式内骨骼气动软体驱动器，将驱动与承力功能分解，在保持柔顺性的同时，显著提高了抓持能力。推导了气压驱动下，驱动器的弯曲角度数学模型。以理论模型为基础，分析了驱动器的各项设计参数对弯曲角度的影响。以确定气压下自由端位姿作为输入条件，以驱动器整体质量最小为优化目标，优化了各参数值，并以得到的参数完成了软体驱动器的实物制造与装配，且试验获得了其弯曲角度与弯曲刚度。试验表明在最大工作压力为150 kPa时，总体误差控制在9%以内，证实了所建立驱动器理论模型的正确与有效性。驱动器的弯曲刚度在最大工作压力时达...

对于现有的基于质子交换膜的气动软体驱动器,其密封结构是通过软体结构与质子交换膜直接粘接形成的,承受的工作压力较低,从而限制了软体驱动器的性能。为提高基于质子交换膜的气动软体驱动器的工作压力,设计一种利用气动软体驱动器的气腔内压实现密封的自密封结构。通过有限元分析法,分析自密封结构的密封特性以及关键结构参数如斜面倾角、密封圈结构顶面宽度及气腔内侧壁厚度对密封性能的影响。结果发现:增大密封圈结构斜面倾角和顶面宽度,以及降低气腔内侧壁厚度,均能提高自密封结构的密封能力;相较于斜面倾角和气腔内侧壁厚度,改变密封圈顶面宽度能够更显著提高自密封结构的密封能力。结合有限元仿真分析的结果,通过实验测试自密封结构的密封性能。结果表明:采用该自密封结构的基于质子交换膜的气动软体驱动器工作压力更...

采用自制的变腔室气动驱动器设计了一种柔性三指机械手,通过依次改变驱动器的腔室结构提高柔性手爪的变形和刚度。建立变腔室气动软体驱动器形变模型,分析腔体鼓包变形与腔内气压关系,并进行仿真分析和静力学实验,获得不同气压下的变形特性和不同触点的正压力。进行了不同形状和尺寸物品的抓取实验,结果表明:该三指机械手具有较好的柔性和灵活性,变腔体结构的驱动器可以提高软体手爪的变形和夹持力。

相对于传统的刚性机器人,由硅胶等柔性材料制造的软体机器人在结构上具有自由度高且能够进行连续形变的特点。目前,多数软体驱动器的气腔形状为等截面形态,而对于变截面软体驱动器的研究却少有涉及。为了解决这一问题,从鳐鱼的运动受到启发,设计了一款气腔截面纵向变换仿鳐式软体驱动器。驱动器限制层设计为不可压缩的薄层,结合应变能密度等理论,提出一种预测驱动器的弯曲变形角度的方法。通过3D打印技术制作模具,浇注模型,制作出仿鳐式软体驱动器。通过理论分析、有限元仿真、实验对比验证其数学模型,绘制仿鳐式软体驱动器在0.02~0.07 MPa气压下的中心线轨迹,分析输入气压与末端输出力的关系,验证了驱动器的理论分析、有限元仿真与实验结果在一定的误差下基本一致。其预测方法表现良好,为进一步研究仿鳐式软体驱动器在空间形变提...

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。

设计了一种用于软体机器人的气动软体驱动器,并详细阐述了驱动器的制作流程,基于Yeoh模型与虚功原理,推导了驱动器驱动气压与弯曲形变的非线性关系,利用Abaqus软件建立了软体驱动器的有限元模型,制作了软体驱动器的样机并进行了实验验证。结果表明理论计算与有限元分析结果的均方根误差为2.91%,理论计算与样机试验结果的均方根误差为4.48%,该理论模型可以很好地推导驱动气压与驱动器弯曲角度的非线性关系。