采用气动弯曲型柔性驱动器设计了一种带有柔性机械臂的多自由度果蔬采摘机械手。基于分段常曲率理论,根据柔性驱动器形变规律,建立了多关节串并联的采摘机械手运动学模型和抓持力模型,研究了机械手采摘作业时抓取模式、工作空间和手指输出力与气压的关系,并进行了相关实验验证。制作了机械手样机,并在实验室环境下进行了多种果蔬模拟采摘实验,结果表明,该果蔬机械手具有多种抓取模式,且动作灵活、柔顺可靠、易于控制,适用于球形和圆柱形果蔬自动化采摘作业。

针对现有机械手柔性不足问题,提出一种新型的气压驱动的多指柔性机械手。采用自主研制的多驱动型单向弯曲柔性关节,设计了柔性气动拟人手指;采用模块化设计,将4个手指安装在拟人手掌上,构成了具有4个自由度的柔性机械手本体结构,达到了用少自由度机械手实现10余自由度机械手抓、握、捏、弹等功能。搭建机械手抓取实验系统,完成了机械手相关抓取实验。实验结果表明:该四指机械手能够对典型的物体形状如球形、圆柱形及异形物体等实现稳定抓取。

采用自主研发的气动柔性关节,仿人手外形研制了一种新型柔性灵巧手。该机械手为人手的1.5倍,每根柔性手指由两个气动柔性关节组成,通过调节关节内气压控制手指形变实现机械手抓取物体。利用三维运动捕捉系统和机械手气动实验平台进行了不同气压下柔性手指的运动学实验,分析了机械手工作空间,并进行了机械手抓取实验。实验结果表明:该机械手具有较好的柔性和物形适应性可实现多种抓取模式和完成不同类型物体抓取;五指握取时可抓持最大物体直径为220 mm,最小物体直径为50 mm,质量为1 kg的物品。

针对龙门铣床垂直滑枕容易发生颤振,导致加工产品精度下降的问题,对多变量龙门铣床振动主动控制的方法进行研究。对垂直滑枕的模态进行分析,观察其结构的模态形状,以研究其动态特性。采用多输入多输出系统中的自动功率谱及交叉功率谱求取其传递函数,并得到多变量传递函数的频域公式。利用多变量传递函数的奇异值信息,获取多变量系统的数学模型。通过H∞回路成形方法求取开环系统的补偿函数,在扰动系统鲁棒裕度值的基础上,求取稳定控制器模型,对龙门铣床垂直滑枕进行振动主动控制。采用所提方法及PID方法对不同激励信号下垂直滑枕产生的振动进行控制,结果表明:在方波及正弦波激励信号下,利用所提方法控制的最大振动幅度较PID方法控制的最大振动幅度分别减小了39.88%和37.21%。该方法对垂直滑枕的振动控制效果较好,能够提高龙门铣床工作

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°。

介绍了伸长型气动人工肌肉的结构，分析了伸长型人工肌肉的轴向力学特性，建立了轴向变形力学模型，通过实验验证了力学模型的可信性。