大自然一直启发着人类在工业上的成就,仿生学越来越多地应用于流体驱动技术。对拥有流体驱动系统的生物相关研究进行了介绍,并总结了利用流体实现优美敏捷动作的机理。总结得出生物流体驱动系统的存在需要3个特征动力源、腔体和工作介质。其中动力源类似于液压泵,腔体类似于液压缸,工作介质类似于液压油。对生物流体驱动系统的深入研究和探索,可以为解决流体驱动系统使用面临的挑战提供参考;并探讨了流体驱动系统仿生应用与未来发展的新思路,促进使用生物启发的方法,改善工程流体驱动系统。

当前软体机器人利用单类型执行器组合形成某种特定构型,无法通过改变构型适应可变环境.为提高软体机器人的环境适应能力,结合收缩和弯曲的双模式形变驱动机理,利用两种执行器构建多类型的可变构型软体机器人,借助正负压驱动控制系统,实现多种运动和操作功能.提出海绵基体结合束缚层的收缩形变和弯曲形变驱动方法,设计对立面束缚的收缩形变单元及对立面和底面共同束缚的弯曲形变单元.组合收缩形变单元和弯曲形变单元,构造仿尺蠖爬行软体机器人和手足复用软体机器人.提出结合负比例阀和电磁阀的正负压气动控制系统,输出负压驱动收缩形变、弯曲形变和吸盘吸附;输出正压控制形变单元的快速恢复,实现变构型软体机器人的驱动控制.抓取、爬行、爬坡、转向、转向直行和爬管实验结果表明,仿尺蠖爬行软体机器人能在23°斜坡上爬行,手足...

为揭示气动网格气囊结构对驱动器弯曲性能的影响,以单气囊和双气囊模型为对象,开展了非线性有限元分析研究。研究发现矩形气囊较纵向圆柱、三角形和横向圆柱气囊具有更好的弯曲性能。在矩形气囊中,减小壁厚、增大气囊高度可以提升弯曲效果,增加气囊长度虽也可提升弯曲角度,但会降低单位长度的弯角。通过双气囊模型分析,发现气囊的变形存在耦合关系,导致每个气囊实际的弯曲效果均小于单独作用时,同时由于大位移引起的非线性,使得气囊引起实际弯曲变形还与所处位置有关系,因此在软体机器人建模中常用的常曲率模型可能存在局限性。

现有刚性机械手无法满足对易碎和软质物体的抓取,无法适应混流生产线。柔性抓手具有高自由度和自适应能力,故设计一种纤维增强型柔性指节,可组装制备柔性抓手。本文介绍了纤维增强型柔性指节的制备方法和工艺流程,制备了一套纤维增强型柔性指节实物。指节主体为硅胶材质,使用碳纤维布作为限制层,使用车胎帘线作为纤维增强层。使用自行搭建的测试环境和压力驱动控制器,对柔性指节的弯曲半径和接触推力进行测试,试验结果表明该柔性指节能够在50-90 kPa时产生明显的弯曲效果和较好的接触推力,满足抓取需求。具有良好的自适应性和可靠性,适合用于抓捕工作。

针对海上搜救和海上勘探的需求,设计一种气动变腔驱动器软体机器人模拟金枪鱼推进运动,可有效增加推进效率、减少能耗。本文研究金枪鱼尾部的推进机理,通过UG完成了软体仿金枪鱼机器人的尾部、前身及平衡鳍结构进行设计,对结构进行分析,简化尾部的力学模型,基于Yeoh本构模型在ANSYS中对尾部软体驱动器和软体仿金枪鱼机器人模型进行仿真分析。仿真结果验证了软体仿生金枪鱼机器人柔性驱动器满足弯曲变形需要,整体结构符合水动力特性。为后续软体仿生金枪鱼机器人的控制工作做好理论基础。

软体机器人具有机构重构性、适应性及灵活性.基于气动系统的软体机器人具有质轻、功率密度比高、人机交互安全性高等优点,设计了一种由伸长型及收缩型气动肌肉组成的新型变刚度软体机器人手臂.根据该软体手臂的运动特性建立了运动学模型,利用MATLAB软件分析了手臂的工作空间.搭建控制实验测试平台,完成了手臂的轨迹运动控制实验,实验结果表明跟踪阶跃信号上升时间小于2 s,稳态平均误差为0.002 8 rad(0.16°),正弦信号跟随响应曲线平均误差为0.015 9 rad(0.911°),手臂具有良好的可控性.

目前传统刚性设备容易对人体造成伤害,故提出一种从仿生学的角度设计了的气压驱动软体机器人执行器,通过控制执行器空腔内的压强的大小和时间实现该模块执行器的弯曲变形,并探究软体执行器的优点。采用Ogden模型研究执行器的弯曲变形能力,并对执行器的模型就行优化处理。最终通过气动控制实验平台证明该执行器可以实现多角度弯曲。

随着材料科学和机器人技术的发展,软体机器人已经成为了一个热门的研究领域。与刚性机器人不同,软体机器人具有多种自由度,因此它们可以通过一系列的连续变形扩展或缩小成任何配置。对一种气动软体机器人的动作控制方法的可行性进行了探究,该方法可通过在上位机软件上设置气压参数和发送控制指令,通过串口通讯发送的数据和指令输出PWM来控制电气比例阀的通断和输出气压,进而实现对气动软体机器人的步态和速度的控制。

针对软体机器人用流体驱动器存在性能不理想且制造工艺较为复杂的问题,提出一种利用电液动力学现象的高功率密度柔性泵及其工艺优化方法。该柔性泵由交叉指型电极构成,可根据外加电压的极性来控制流向。提出一个简单的电极配置模型来分析产生的电液动力学现象,并利用有限元分析来优化电极之间的距离,以最大化单位长度产生的压力和流速。通过在电极制作过程中引入切割绘图机,并采用粘接弹性体实现了可靠、高效的制造工艺。研究结果表明

结肠镜是检测肠癌的金标准,提前筛查能够大幅度降低肠癌的发病率。提出了一种基于仿生的软体机器人设计方案,采用3个内腔体的软体材料结构,通过控制腔体气压大小控制机器人的弯曲方向与角度。该软体机器人安置在传统肠镜的末端,替换传统的人工式操作,在肠镜手术检查过程中起导引作用,可有效的避免结肠镜检查推进与取出过程中肠镜与肠道的不必要接触。利用有限元分析的方法,对软体机器人驱动腔体的形状和布局以及多段式结构进行了仿真,优化