作为单向弯曲气动柔性关节重要弹性件和支撑件,弹性钢板属于薄壁件大变形、变载荷,常常出现塑性变形和疲劳断裂等问题,严重影响关节的使用寿命.为研究影响弹性钢板疲劳寿命的因素,采用有限元法分析弹性钢板使用时所受应力状态;通过疲劳试验,分析弹性钢板材料和表面质量对其使用寿命的影响.结果表明弹性钢板加工产生的表面变质层和裂纹降低了抗疲劳性能,改善钢板表面质量和轧制纹路使用方向能够提升42.48%的使用寿命.

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。

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。

自主研发了轴向位置及驱动力可控制的新型气动柔性轴向驱动器,驱动器采用双气囊结构,中部设置有导向轴,在保证驱动器轴向伸长的同时有效提高了横向刚度。根据经典橡胶理论,研究驱动器轴向伸长变形、驱动力与工作气压的关系,并分别得到了驱动器气压-伸长量、气压-输出力公式。通过搭建静力学实验平台,进行相关静力学实验,对驱动器力学公式进行验证。实验结果表明:驱动器力学公式与实验结果具有良好的一致性;驱动器伸长量随工作气压的增大呈非线性增加;工作气压一定时,输出力与伸长量呈反比;伸长量为0时,驱动器具有的轴向驱动能力最大,且随工作气压的增大呈线性增加;工作气压为0.18 MPa时,最大伸长量为28.1 mm,最大输出力为52.04 N。

为辅助手腕功能缺失患者进行康复训练,设计一种气动柔性手腕。该手腕由4根人工肌肉和1个气动球形制动器并联而成,具有2个自由度和2个机动度,能够实现俯仰、横摆运动,且能根据任务需要,实时调节阻尼实现位置保持。该手腕属于气动复合弹性体,其动力学模型十分复杂且不利于实时精准控制。为便于后期手腕的运动控制,对其动力学性能进行实验研究。

为提高柔性机器人承载能力,结合微颗粒嵌入和阻塞原理的优势,提出了一种正压驱动的变刚度弹性轴,分析其变刚度机理,设计并制造了变刚度弹性轴样机,搭建了变刚度弹性轴实验平台通过实验分析不同因素对弹性轴刚度影响。

该文采用所开发的伸长型气动人工肌肉，研制了一种具有双向主动弯曲功能的气动柔性关节。针对该柔性关节进行了轴向变形和弯曲变形理论分析，获得了输入气体压力与关节变形之间的数学公式，并进行了关节变形实验研究，为该类柔性关节下一步动力学分析和运动精度控制打下了基础。

采用自主开发的气动空间弯曲柔性关节,研制了一种仿生六足机器人,能实现前后、左右移动和转动功能.研究了柔性关节六足机器人运动原理和行进步态.搭建了试验台和气压控制系统,通过高速摄像等实验手段,分析了机器人重心位置三个方向的位移、速度和加速度等运动学性能.为气动柔性关节在仿生六足机器人中的应用,提供了理论与实践基础.

介绍了一种自主研发的气动空间弯曲柔性关节。该关节相当于三个独立的人工肌肉并联而成，具有三个自由度，能实现空间弯曲和轴向伸长。重点研究了该关节的结构功能和工作原理。搭建了实验系统，对关节的空间弯曲角度和方向进行了实验研究，得到了关节的变形特性，为以后的进一步研究与应用奠定了基础。

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。