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基于MPC的仿生尺蠖机器人运动控制
1
作者 杜巧玲 薛成泽 郑伟 《沈阳工业大学学报》 北大核心 2025年第1期124-129,共6页
【目的】随着科技的日新月异,人们的生活环境也在发生着巨大的变化。工业化的聚集以及人口密度的增加促使建筑不断向上增高或向下延伸,出现了很多人们不方便到达或是无法到达的地方,但这些地方机器人却可以到达。目前机器人最热门的研... 【目的】随着科技的日新月异,人们的生活环境也在发生着巨大的变化。工业化的聚集以及人口密度的增加促使建筑不断向上增高或向下延伸,出现了很多人们不方便到达或是无法到达的地方,但这些地方机器人却可以到达。目前机器人最热门的研究方向之一是非常规结构机器人,通过精简自身的冗余结构以及体积,增加对应的功能结构,使机器人可以在不适宜人们工作的地方代替人们进行相应的工作。【方法】研制了一款适合攀爬的仿尺蠖机器人。针对优化尺蠖机器人在运动过程中的步态问题,提出了基于模型预测控制(MPC)的仿生吸盘式尺蠖机器人运动控制方法。根据章鱼的吸盘结构设计了仿章鱼负压式吸盘以及吸盘控制模型,利用气压传感器反馈的数据实现闭环控制;基于MPC仿生吸盘控制器提出了基于模型预测仿生吸盘控制的仿尺蠖机器人运动步态。【结果】机器人仿真实验和测试结果表明,基于MPC仿生吸盘控制器(MPC-BSC)在吸盘气压优化上相较PID控制有明显优势,MPC-BSC仿尺蠖机器人可以在水平和竖直的瓷砖平面完成“Ω”型运动步态。本文的主要研究结果如下:设计了仿章鱼负压式吸盘,并提出了吸盘控制模型。在负压控制下,可以调整吸盘的吸附压力以满足躯干结构运动对吸附力的需求。提出了基于MPC的仿生吸盘控制算法,该算法通过调节真空泵流速进而实现对吸盘吸附力的调节。设计了仿生吸盘式尺蠖机器人,其躯干结构安装了4个纵向伺服电机和2个横向伺服电机,可以实现“Ω”型运动步态和转向步态。提出了MPC-BSC的运动步态规划,实现“Ω”型运动步态和转向步态。实验测试了仿生吸盘的性能,验证边缘结构对仿生吸盘吸附力的作用。【结论】通过仿真实验测试了基于MPC的仿生吸盘控制算法的可行性,实验验证了仿尺蠖机器人可以在不同倾角、不同材质的平面上实现“Ω”型步态和转向步态。本文研制的仿生吸盘结构为机器人的吸附功能拓展了应用场景,降低了吸附功能的复杂性;提出的“Ω”型运动步态对异形机器人的运动具有很好的参考价值,使其能够在复杂地形下进行简单高效的运动。 展开更多
关键词 仿生吸盘 仿生尺蠖 机器人 运动规划 机械设计 电机控制 嵌入式系统 姿态控制
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多向弯曲气体检测软体机器人设计 被引量：2
2
作者 关峰 赵鲁宁 +2 位作者 黄成杰 熊佳伟 刘春宝 《液压与气动》 北大核心 2025年第1期132-138,共7页
提出了一种基于仿生设计的软体气动驱动器,模仿象鼻的肌肉纤维结构,由柔性折叠结构、气动人工肌肉和刚性连接组成。该驱动器在两种驱动模式下可实现8个方向的弯曲,具有高弯曲刚度和灵活性。实验表明,当工作压力为120 kPa时,驱动器可在1 ... 提出了一种基于仿生设计的软体气动驱动器,模仿象鼻的肌肉纤维结构,由柔性折叠结构、气动人工肌肉和刚性连接组成。该驱动器在两种驱动模式下可实现8个方向的弯曲,具有高弯曲刚度和灵活性。实验表明,当工作压力为120 kPa时,驱动器可在1 s内产生42°的弯曲变形。建立了气动人工肌肉和柔性折叠结构的弯曲变形数学模型,并通过实验验证了驱动器的性能。将此驱动器应用于气体检测机器人,并设计了仿生检测鼻腔。瞬态响应模式下,检测有害气体的响应时间缩短为原始传感器的31.7%及静态仿生结构的19.1%。实验表明,该机器人在乙醇和水的区分中表现出色,具有广阔的应用前景。 展开更多
关键词 仿生软体驱动器 多方向弯曲 气体检测机器人 瞬态响应
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仿昆虫爬行机理的六足机器人步态控制研究
3
作者 李世其 周书香 +1 位作者 付乐群 郑旋烨 《兵器装备工程学报》 北大核心 2025年第5期166-176,共11页
针对六足机器人运动控制中存在的结构复杂和作业效率较低的问题,设计了一种仿六足昆虫爬行机理的步态模型,并对其静态和动态稳定性进行了评估;进一步采用基于Hopf振荡器的中枢模式发生器(CPG)网络,实现了模型的内耦合、外反馈闭环控制策... 针对六足机器人运动控制中存在的结构复杂和作业效率较低的问题,设计了一种仿六足昆虫爬行机理的步态模型,并对其静态和动态稳定性进行了评估;进一步采用基于Hopf振荡器的中枢模式发生器(CPG)网络,实现了模型的内耦合、外反馈闭环控制策略;最后通过仿真和样机双重测试,验证了所提控制策略的有效性。实验表明,机器人在平地上的理论质心波动仅为10-4 m级,其在斜坡、台阶、沟壑的越障极限分别为38°、210 mm、300 mm,另在其他非结构化地形中也表现出优秀的适应性和通过性。 展开更多
关键词 六足机器人 仿生学 Hopf振荡器 中枢模式发生器 步态控制模型 闭环控制
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基于NMPC的仿生海豚三维路径跟踪研究 被引量：1
4
作者 陈昭阳 陈宏 +1 位作者 付乐乐 巩伟杰 《传感器与微系统》 北大核心 2025年第4期56-59,64,共5页
针对仿生机器海豚在水下三维路径跟踪过程中的参数时变、模型复杂与外界环境干扰等问题,研究了一种基于非线性模型预测控制(NMPC)的路径跟踪控制方法;算法采用模型预测和约束优化相结合的方式来求解控制量,使仿生机器海豚在具有强烈非... 针对仿生机器海豚在水下三维路径跟踪过程中的参数时变、模型复杂与外界环境干扰等问题,研究了一种基于非线性模型预测控制(NMPC)的路径跟踪控制方法;算法采用模型预测和约束优化相结合的方式来求解控制量,使仿生机器海豚在具有强烈非线性特点的三维环境下克服反步控制算法的速度跳变与超速问题,并能在满足控制约束的条件下有效完成路径跟踪任务;最终通过MATLAB仿真实验与实物实验,验证了跟踪算法在不同环境下的有效性。 展开更多
关键词 仿生机器海豚 三维路径跟踪 非线性模型预测控制 反步控制
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骨骼肌多维结构-功能耦合机制驱动的仿生柔性驱动器性能优化
5
作者 张帆 沈杰 +2 位作者 姜官武 白克强 李涛 《医用生物力学》 北大核心 2025年第5期1186-1192,共7页
目的通过实验研究骨骼肌优异性能背后的生物和作用机制,为开发性能比肩骨骼肌的柔性驱动器提供科学依据。方法通过对青蛙骨骼肌制成的实验样品施加电刺激作用引起收缩,然后对其施加拉伸载荷进行测试,从骨骼肌尺寸、肌腱和肌外膜3个方面... 目的通过实验研究骨骼肌优异性能背后的生物和作用机制,为开发性能比肩骨骼肌的柔性驱动器提供科学依据。方法通过对青蛙骨骼肌制成的实验样品施加电刺激作用引起收缩,然后对其施加拉伸载荷进行测试,从骨骼肌尺寸、肌腱和肌外膜3个方面分析骨骼肌收缩长度和输出力等驱动性能与其结构之间的关系。结果骨骼肌样品在无负载和承受50%自身最大输出力负载时的收缩长度分别约为28.92%和20%,而且当骨骼肌所受负载不大于其最大输出力的20%时,它还具有快速复位(约1.25 s)的特性;对比无活性的肌腱,有活性肌腱可以提高约19.68%的收缩量;肌外膜的完整性也可以很好保护骨骼肌的力传递效率。结论通过模仿骨骼肌的结构和生物力学特性,柔性驱动器可以具有更好的驱动性能,这将极大地促进仿生机器人的发展。 展开更多
关键词 人工肌肉 柔性驱动器 骨骼肌 仿生机器人 生物力学
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腿臂融合六足机器人仿生设计及分析 被引量：2
6
作者 郑羿 饶思贤 高佳篷 《中南大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第2期545-559,共15页
设计一种新型的腿臂融合仿生六足机器人,首先确定最优的机器人本体构型,从步长、步态以及转弯灵活性方面对两种本体构型进行对比;然后对机器人的不同肢体进行仿生设计。对于腿分支,根据仿生学原理确定了最优的关节转角范围、髋节长度以... 设计一种新型的腿臂融合仿生六足机器人,首先确定最优的机器人本体构型,从步长、步态以及转弯灵活性方面对两种本体构型进行对比;然后对机器人的不同肢体进行仿生设计。对于腿分支,根据仿生学原理确定了最优的关节转角范围、髋节长度以及大小腿节的长度比例,并从工作空间、速度椭圆和力椭圆3个方面评估六足机器人类昆虫式构型和类哺乳动物式构型的运动能力和承载能力,对于腿臂分支,参照人类手臂的关节布局,利用腿臂融合机制设计一种具有五自由度的腿臂分支,可实现腿/臂功能之间的灵活切换;在此基础上,将两者均布在圆周本体上组成了六足机器人的整体构型,最后设计机器人的整体系统,并利用研制的物理样机对机器人的步行功能、操作功能进行实验验证。研究结果表明:该仿生机器人相比于一般的六足机器人具有最优的腿分支拓扑结构,可以根据目标任务不同选择类昆虫构型或者类哺乳动物构型,并且由于类人手臂腿臂融合分支的存在,其不仅可以实现基本的步行功能,而且可实现一定的操作功能,同时完成这两种功能之间的灵活切换。 展开更多
关键词 腿臂融合 六足机器人 仿生设计 步态规划 单腿臂操作
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变刚度柔性仿生机器鱼设计与游动性能分析
7
作者 李青泉 李宗刚 +3 位作者 王治平 黎斌 夏广庆 康会峰 《兵器装备工程学报》 北大核心 2025年第10期282-290,共9页
受鱼类在不同游动模式下主动调节身体刚度以提升游动性能的启发,设计了一种变刚度柔性身体的仿生机器鱼。该机器鱼由头部、主动身体段、被动身体段及柔性尾鳍构成,其中被动身体段通过变刚度机构实现柔性身体刚度的动态调节,实验数据显... 受鱼类在不同游动模式下主动调节身体刚度以提升游动性能的启发,设计了一种变刚度柔性身体的仿生机器鱼。该机器鱼由头部、主动身体段、被动身体段及柔性尾鳍构成,其中被动身体段通过变刚度机构实现柔性身体刚度的动态调节,实验数据显示其刚度调节范围为0.128~0.697 Nm/rad。理论层面,建立了机器鱼的运动学模型与拉格朗日动力学模型,并借助计算流体力学(CFD)技术获取精确的水动力参数,通过仿真与实验的对比分析,探究机器鱼的游动性能。结果表明:通过调整身体刚度,在驱动频率为0.5 Hz时,机器鱼的游动速度与效率分别提升了14.8%和15.3%;而在驱动频率为2.5 Hz时,速度和效率分别提升了102.6%和106.6%。本研究为高性能仿生机器鱼的设计优化与实际应用提供了理论依据与实验支撑。 展开更多
关键词 仿生机器鱼 变刚度 动力学模型 游动性能 刚柔耦合
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基于灵长类动物特征的爬树机器人步态
8
作者 路欣哲 李文彬 +1 位作者 徐道春 白效鹏 《林业科学》 北大核心 2025年第9期162-172,共11页
【目的】针对现有爬树机器人工作空间受限、难以适应复杂攀爬环境的问题,开发一种新型夹爪式爬树机器人平台及其攀爬步态,拓展现有样机在树干环境下的作业范围,以代替林区研究人员进行树冠层的作业、降低安全隐患。【方法】基于灵长类... 【目的】针对现有爬树机器人工作空间受限、难以适应复杂攀爬环境的问题,开发一种新型夹爪式爬树机器人平台及其攀爬步态,拓展现有样机在树干环境下的作业范围,以代替林区研究人员进行树冠层的作业、降低安全隐患。【方法】基于灵长类动物的生理特征和攀爬机理,设计三臂夹爪式机器人结构,并根据静力学仿真分析验证设计方案的合理性。提出三爪垂直攀爬与双爪周转两种步态策略,通过几何分析推导机器人的工作空间方程,确定各攀爬步态下的最大步长。采用Adams动力学仿真验证关节扭矩稳定性,并计算能量消耗以评估续航性能。最后利用样机进行实地步态验证试验,评估步态可行性和机器人的可攀爬范围。【结果】1)结构的最大变形量在亚毫米级,最大等效应力为67MPa,理论上在运行过程中不会发生严重的变形或损伤,机构设计和材料选用符合要求;2)所设计的三爪攀爬步态可实现最大210mm的步长,单步态周期约4min;3)双爪周转步态可以实现最大51°的绕树干周转,单步态周期约2.5 min;4)根据攀爬范围试验,机器人可以在直径约61~136mm、与地面夹角约40°~87°的树干上进行攀爬;5)续航试验显示,容量为9800mAh的锂电池在连续作业30 min后,仍可持续输出最大工作电流,且机器人的关节舵盘、支撑架等关键零部件未出现明显磨损。【结论】通过对灵长类动物的仿生设计,研制了一种新型三臂夹爪式爬树机器人及其攀爬步态。机器人整体采用铝合金和光敏树脂材料制造,总重约2.5kg。根据静力学仿真结果,验证了尺寸设计与材料选型的合理性。通过攀爬范围试验,其可适应直径范围约占试验树枝干范围的68%,可攀爬的倾斜角度能够满足多数攀爬场景,且通过更换夹持器可以进一步扩大攀爬范围。经实地试验,当前电源配置可以支持至少30min的连续攀爬作业,在林地环境下可以通过更换电池实现持续工作。本研究验证了机器人能够通过所设计的步态进行攀爬,表现出较为理想的综合性能,为辅助林区研究人员进行高空林木采样、冠层监测等工作提供了新的解决方案。 展开更多
关键词 林区作业 爬树机器人 仿生设计 步态策略 工作空间
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基于功能实例建模和BioTRIZ的仿生机器人启发设计方法研究
9
作者 王嘉怡 杨志云 +2 位作者 郭道京 马进 王守慧 《包装工程》 北大核心 2025年第12期73-82,共10页
目的针对仿生机器人启发设计中存在的工程-生物跨领域知识重用和知识推理方法研究不足的问题,提出了一种基于功能实例建模和BioTRIZ的系统化知识表示与设计类推方法。方法首先提出了面向仿生机器人启发设计的跨领域功能实例建模方法,用... 目的针对仿生机器人启发设计中存在的工程-生物跨领域知识重用和知识推理方法研究不足的问题,提出了一种基于功能实例建模和BioTRIZ的系统化知识表示与设计类推方法。方法首先提出了面向仿生机器人启发设计的跨领域功能实例建模方法,用于设计过程工程和生物实例的知识表示和实例建模。之后给出了基于功能实例检索和BioTRIZ的仿生机器人启发设计跨领域类推方法。在功能实例检索中,通过功能推理和相似性度量,根据所需功能检索生物实例。在BioTRIZ中,仿生机器人设计问题首先经过抽象,然后被转换为一组冲突对。最后,通过矛盾矩阵索引创新原理并在相应的创新原理下检索该功能相关的生物实例,将其映射到工程领域实现医用穿刺注射机器人仿生止回阀创新设计。结果通过将功能实例建模和BioTRIZ相结合,能够实现仿生机器人启发设计中的知识表示并支持工程-生物跨领域设计类推推理。结论基于功能实例建模和BioTRIZ的系统化知识表示与设计类推方法,不仅提高了设计效率,还为仿生机器人设计提供了新的设计工具和方法。 展开更多
关键词 功能实例建模 BioTRIZ 生物启发设计 类推推理 仿生机器人
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仿生鲔科机器鱼游动性能研究
10
作者 张保成 吴业涛 +1 位作者 张开升 鲁中间 《机械设计与制造》 北大核心 2025年第5期251-257,共7页
为研究仿生机器鱼游动过程中鱼体与周围流场之间流固耦合作用机理,以游动效率最高的仿生鲔科机器鱼为研究对象,应用绝对节点坐标法建立机器鱼游动时的动力学模型,使用广义Alpha方法和遗传算法求得机器鱼最优位置函数。将理论结果代入STA... 为研究仿生机器鱼游动过程中鱼体与周围流场之间流固耦合作用机理,以游动效率最高的仿生鲔科机器鱼为研究对象,应用绝对节点坐标法建立机器鱼游动时的动力学模型,使用广义Alpha方法和遗传算法求得机器鱼最优位置函数。将理论结果代入STAR-CCM+耦合流体求解器建立鱼体的游动模型,耦合结果表明当摆动幅值为0.13倍体长,摆动频率在(1.72~2.47)Hz范围内,平均巡游速度为1.2BL/s(BL为机器鱼体长的倍数),机器鱼最佳游动效率为0.4155。结果证实了机器鱼游动过程中通过制造沿尾部脱落的双列反卡门涡街,实现从周围流场汲取能量以维持自身高效率游动。通过分析机器鱼自主游动涡街产生过程得出流场雷诺数在(800~1200)时,机器鱼自主游动产生的反卡门涡街的结构达到最佳尺寸,可为仿生机器鱼效率的提高提供新的思路和方向。 展开更多
关键词 仿生机器鱼 绝对节点坐标法 遗传算法 流固耦合 游动特性
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基于仿生视觉的机器人多区域全向避障研究
11
作者 段宛妮 雷斌 蒋林 《传感器与微系统》 北大核心 2025年第10期17-21,共5页
蝗虫的小叶巨型运动探测器(LGMD)神经元已被证明对接近蝗虫视野的物体在直接碰撞过程中具有优先反应,但该网络缺乏运动方向感知机制,导致蝗虫视觉神经网络缺乏全向避障能力。为了提高蝗虫碰撞感知网络的全向避障能力,从果蝇视觉神经元... 蝗虫的小叶巨型运动探测器(LGMD)神经元已被证明对接近蝗虫视野的物体在直接碰撞过程中具有优先反应,但该网络缺乏运动方向感知机制,导致蝗虫视觉神经网络缺乏全向避障能力。为了提高蝗虫碰撞感知网络的全向避障能力,从果蝇视觉神经元获得灵感,将人工蝗虫视觉神经网络LGMD与基本运动探测器(EMD)相结合,融合创新型运动目标提取算法减少网络复杂度,提出一种仿生视觉避障神经网络(BVOANN)和动态碰撞检测应用式运动控制策略。利用Visual Studio软件对真实世界获取的视频进行仿真分析,并在低成本机器人上验证,结果表明:相较于传统模型仅能实现径向运动物体检测,改进模型具备全方位运动物体检测功能,从而实现更优异的避障效果。 展开更多
关键词 小叶巨型运动探测器 果蝇视觉 全向动态避障 仿生视觉 移动机器人
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基于改进YOLOv5n的仿生海豚目标识别与跟踪方法
12
作者 曾广娟 陈宏 +1 位作者 陈昭阳 巩伟杰 《传感器与微系统》 北大核心 2025年第8期93-96,100,共5页
针对仿生机器海豚水下识别与跟踪任务要求低延迟与高实时性等特点,提出一种基于改进YOLOv5n的仿生海豚目标识别与跟踪方法。该方法使用轻量化网络GhostNet替代原YOLOv5n的主干网络,从而减少算法网络结构的浮点运算次数,提升仿生海豚水... 针对仿生机器海豚水下识别与跟踪任务要求低延迟与高实时性等特点,提出一种基于改进YOLOv5n的仿生海豚目标识别与跟踪方法。该方法使用轻量化网络GhostNet替代原YOLOv5n的主干网络,从而减少算法网络结构的浮点运算次数,提升仿生海豚水下目标检测与识别的实时性与可靠性,并最终与DeepSORT跟踪算法融合,完成对识别目标的跟踪任务。仿真与实验结果表明:改进后的算法更加轻量化,且识别效率高,跟踪误差小,验证了算法在仿生海豚水下目标识别与跟踪任务中的可行性与高效性。 展开更多
关键词 仿生机器海豚 水下目标识别 YOLOv5n检测网络 目标跟踪
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基于CFD的仿鱼机器人多模式游动机理研究
13
作者 夏明海 罗自荣 +2 位作者 殷谦 卢钟岳 蒋涛 《图学学报》 北大核心 2025年第5期1105-1112,共8页
仿鱼机器人是一种新型水下航行器,具有噪音低、可靠性高、环境友好等突出优势。为探究仿鱼机器人双鳍驱动游动机理,基于计算流体力学方法进行机器人多模式运动性能数值仿真。推导了机器人运动学与动力学模型,建立了波动鳍空间运动方程。... 仿鱼机器人是一种新型水下航行器,具有噪音低、可靠性高、环境友好等突出优势。为探究仿鱼机器人双鳍驱动游动机理,基于计算流体力学方法进行机器人多模式运动性能数值仿真。推导了机器人运动学与动力学模型,建立了波动鳍空间运动方程。在Fluent软件中建立了机器人流体仿真模型,设计了力与运动耦合动网格仿真算法。仿真结果表明,机器人可以通过双侧波动长鳍的配合,实现前进后退、机动转弯、原地转向等多模式运动。机器人的推进力与波动频率平方成正比,机器人的游动速度、转弯速度均与波动频率成正比。频率为6 Hz时,仿真得到机器人的游动速度达到1.25 m/s,转向速度达到3.2 rad/s。研究结果验证了仿鱼机器人设计合理性与多模式运动性能,为机器人物理样机优化设计与运动控制提供理论参考与计算支撑。 展开更多
关键词 波动鳍 仿生机器人 计算流体力学 动网格 运动控制
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仿生尾鳍结构集成应变式传感器研制
14
作者 宋仙钊 赵全亮 +2 位作者 王锦仁 张萌颖 何广平 《兵器装备工程学报》 北大核心 2025年第5期237-244,278,共9页
随着新型驱动材料的快速发展,基于新型驱动材料致动器的微型机器鱼的研究逐渐增多。相比于传统电机驱动与螺旋桨推进的机器鱼,使用新型驱动材料及仿生推进机构,可以有效提高推进效率减弱噪声和尾流的产生。但同时仿生微小型机器鱼相比... 随着新型驱动材料的快速发展,基于新型驱动材料致动器的微型机器鱼的研究逐渐增多。相比于传统电机驱动与螺旋桨推进的机器鱼,使用新型驱动材料及仿生推进机构,可以有效提高推进效率减弱噪声和尾流的产生。但同时仿生微小型机器鱼相比于常规的水下机器人负载能力大大降低,为了使其能够实现水下信息探测功能,对搭载的传感器提出了新的要求。针对尾鳍推进式机器鱼水下动力学信息感知问题,本文研制了2种新型仿生尾鳍结构-感知一体化集成的应变式传感器。经过实验验证,所研制的传感器实现了尾鳍在不同频率及摆角摆动时所受流体横向力变化的感知,测量结果还显示出尾鳍在摆动周期内的受力变化特征,结合尾鳍水动力模型实现了关键参数解算。本文研究可供后续尾鳍推进型仿生机器鱼的研制和动力学研究提供传感技术支持。 展开更多
关键词 传感器 仿生机器鱼 结构-传感一体化 尾鳍 柔性应变传感
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环形弹性杆扭转失稳特性的研究及应用
15
作者 谢琦 袁卫锋 《应用力学学报》 北大核心 2025年第1期174-181,共8页
建立了环形弹性杆的有限元模型,研究其在连续扭转作用下的力学响应,分析环形弹性杆在不同约束条件下的多稳态特性。静力学模拟发现,承受扭矩的环形弹性杆在特定约束下发生突弹跳变,但失稳后的环形弹性杆恢复为其初始形状,因而存在循环... 建立了环形弹性杆的有限元模型,研究其在连续扭转作用下的力学响应,分析环形弹性杆在不同约束条件下的多稳态特性。静力学模拟发现,承受扭矩的环形弹性杆在特定约束下发生突弹跳变,但失稳后的环形弹性杆恢复为其初始形状,因而存在循环失稳的独特现象;动力学分析表明,环形弹性杆抗扭的变形模态和突跳翻转的时机不但依赖于其几何及材料性质,而且和扭转速度相关。据此,提出了一种单自由度功能-结构一体式机构,可通过环形弹性杆的扭转产生复杂的波浪形运动并被应用于仿生机器鱼的运动驱动中。与传统的机构相比,环形弹性杆机构结构简单,易于控制,在软体机器人设计中具有良好的应用前景。 展开更多
关键词 环形弹性杆 扭转失稳 有限元 仿生机器鱼
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多关节仿生机械手结构设计与仿真分析
16
作者 于昌润 赵虎 朱银龙 《林业机械与木工设备》 2025年第1期64-69,75,共7页
介绍了一种仿人手指驱动器组成的三指软体机械手爪。根据手指的结构,设计的仿人手指驱动器由3个弯曲关节及4个软体指节组成,通过关节腔室变形弯曲协助手爪进行抓握,指节处用实体硅胶,每个关节通过单独的腔道分开控制,驱动方式为气压驱动... 介绍了一种仿人手指驱动器组成的三指软体机械手爪。根据手指的结构,设计的仿人手指驱动器由3个弯曲关节及4个软体指节组成,通过关节腔室变形弯曲协助手爪进行抓握,指节处用实体硅胶,每个关节通过单独的腔道分开控制,驱动方式为气压驱动,安全稳定。使用Solidworks设计仿人手指驱动器,将其导入ABAQUS对仿人手指驱动器进行有限元仿真,分析确定驱动器的关节处的结构参数。将仿真结果与传统连续式软体驱动器的仿真结果进行对比,仿人手指驱动器更具优势。 展开更多
关键词 仿生机械手 驱动器 软体机械手爪 结构设计 有限元仿真分析
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基于改进BI-RRT算法的仿生机器鱼路径规划研究
17
作者 卢府成 郭铁铮 《农业装备与车辆工程》 2025年第6期82-87,共6页
针对传统BI-RRT算法在仿生机器鱼路径规划中存在的路径冗余、收敛效率低及狭窄环境适应性差等问题,提出一种三阶段改进策略。首先,通过动态调整目标偏向概率与自适应步长,结合碰撞历史反馈减少无效节点,提升搜索效率;其次,采用贪心剪枝... 针对传统BI-RRT算法在仿生机器鱼路径规划中存在的路径冗余、收敛效率低及狭窄环境适应性差等问题,提出一种三阶段改进策略。首先,通过动态调整目标偏向概率与自适应步长,结合碰撞历史反馈减少无效节点,提升搜索效率;其次,采用贪心剪枝技术剔除冗余节点,缩短路径长度;最后,引入3次B样条插值与势场引导平滑法,优化路径连续性并避免障碍物穿透。仿真实验表明:在普通地图环境下,相较于传统RRT算法,改进算法的路径长度缩短26.6%,规划耗时减少88.9%,节点数仅为RRT算法的23.7%;对比BI-RRT算法,路径长度缩短26.5%,规划耗时降低59.7%,节点数减少47.5%,且在该地图测试中成功率始终保持100%。该算法提升了路径质量与实时性,为复杂水下环境中的仿生机器人运动规划提供了参考。 展开更多
关键词 仿生机器鱼 路径优化 改进BI-RRT算法
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仿生子母机器人的设计与运动控制
18
作者 于慧 马宇科 +1 位作者 汪俊杰 郑亮 《光学精密工程》 北大核心 2025年第17期2778-2791,共14页
针对传统单体机器人在复杂两栖任务中显现出的适应性较差、功能单一等问题,提出了一种仿生两栖子母机器人系统。其中,母机器人采用可开合的龟壳形球体,集成了四条机械腿及喷水推进器;子机器人则为微型流线型舱体,配备螺旋桨推进器和水... 针对传统单体机器人在复杂两栖任务中显现出的适应性较差、功能单一等问题,提出了一种仿生两栖子母机器人系统。其中,母机器人采用可开合的龟壳形球体,集成了四条机械腿及喷水推进器;子机器人则为微型流线型舱体,配备螺旋桨推进器和水下近距离可见光通信模块。此外,还设计了齿轮啮合的挂载释放结构,用于实现子机器人的释放与回收。为了避免欧拉角奇异性,建立了基于单位四元数的六自由度全耦合动力学模型,并提出了一种UQ-PID算法,实现了母机器人的8个伺服电机和4个喷水推进器的协同控制。流体仿真表明,球形结构能够有效减少水流扰动并提高稳定性。实验表明,母机器人在陆地上能够在20 s内前进约60 cm,并且在水下能够保持较为精确的直线运动轨迹,偏差较小且推进力平稳。子机器人在水池中的轨迹误差波动为-0.30~0.30 m,速度峰值为32.51 cm/s。该研究为两栖子母机器人协同作业提供了可行的技术路线。 展开更多
关键词 仿生两栖球形母机器人 子机器人 运动控制 流体仿真
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电子皮肤触觉传感器研究进展与发展趋势 被引量：57
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作者 曹建国 周建辉 +3 位作者 缪存孝 尹海斌 李维奇 夏飞 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第1期1-13,共13页
从介绍人类皮肤的触觉感知性能出发,全面综述了国际上多学科领域模拟人类皮肤的电子皮肤触觉传感器研究进展与关键技术;分析讨论了电子皮肤触觉传感器的工作原理、新型材料和结构、先进设计制作方法、触觉传感特性和性能指标等方面内容... 从介绍人类皮肤的触觉感知性能出发,全面综述了国际上多学科领域模拟人类皮肤的电子皮肤触觉传感器研究进展与关键技术;分析讨论了电子皮肤触觉传感器的工作原理、新型材料和结构、先进设计制作方法、触觉传感特性和性能指标等方面内容;重点总结了国内外近年来在电子皮肤阵列触觉传感器柔性化、弹性化、空间分辨率、灵敏度、快速响应、透明化、轻量化和多功能化等方面的研究进展.指出了电子皮肤触觉传感器的研究依然存在着难以兼顾高柔性和高弹性、高灵敏度电子皮肤设计制作工艺复杂,可扩展性差和成本高等技术难题.电子皮肤触觉传感器可广泛应用于机器人、医疗健康、航空航天、军事、智能制造和汽车安全等领域,正朝着高柔弹性、宽量程的高灵敏度、多功能、自愈合与自清洁、自供电与透明化等方向发展. 展开更多
关键词 电子皮肤 传感器 柔弹性 触觉 仿生机器人
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基于偏振光传感器的移动机器人导航实验 被引量：37
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作者 褚金奎 陈文静 +1 位作者 王洪青 戎成功 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第10期2419-2426,共8页
根据沙蚁Cataglyphis的导航机理研制了一种检测天空偏振光的导航传感器。为测试传感器室外导航性能,设计了采用传感器输出的航向角控制移动机器人按特定轨迹运动的实验。首先,介绍传感器的结构原理及功能模型,为提高传感器精度,在室内... 根据沙蚁Cataglyphis的导航机理研制了一种检测天空偏振光的导航传感器。为测试传感器室外导航性能,设计了采用传感器输出的航向角控制移动机器人按特定轨迹运动的实验。首先,介绍传感器的结构原理及功能模型,为提高传感器精度,在室内用光学积分球模拟天空偏振光源,用精密转台对传感器输出角度进行补偿,补偿后传感器误差在±0.2°以内。然后,简要说明采用的移动机器人平台结构和采用传感器导航的方法。最后,描述导航实验过程,得到了利用光电编码盘输出角度信息与利用偏振光传感器输出航向角两种导航方法的对比实验结果。结果显示,偏振光传感器导航相对于光电编码盘较为精确,二者平均位置误差分别是1.17cm和31.6cm。实验证实偏振光传感器误差不随时间累积,能够自主完成移动机器人导航,可用于移动载体自主导航系统。 展开更多
关键词 仿生机器人 移动机器人 天空偏振光 传感器 导航
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