多腔体气动软体致动器的建模与仿真 被引量：3

1

作者 徐齐平 刘锦阳 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第6期551-561,共11页

气动软体致动器在工程领域具有广阔的应用前景,以前主要采用梁、杆等简单模型对其进行整体变形研究,与刚性材料的硬接触不同,如何对软体致动器的软接触建立准确的力学模型并对其整体构型和应力分布进行分析仍是个具有挑战性的难题.本研... 气动软体致动器在工程领域具有广阔的应用前景,以前主要采用梁、杆等简单模型对其进行整体变形研究,与刚性材料的硬接触不同,如何对软体致动器的软接触建立准确的力学模型并对其整体构型和应力分布进行分析仍是个具有挑战性的难题.本研究针对多腔体气动软体致动器相邻两气腔之间的软接触问题,提出了一种新的建模方法.本力学模型综合考虑气腔结构的复杂性、几何非线性和材料非线性,采用多点接触的面-面接触方法,解决了不考虑接触时相邻两气腔之间的相互穿透问题,适用于大变形柔软体结构的分析.与传统的梁、杆等模型相比,本模型既提高了模拟整体变形的精度,又能够准确描述气腔结构内部的应力分布规律.对多腔体气动软体致动器的仿真结果表明,相邻两气腔之间的软接触对其大变形影响显著.最后,对软体四爪机构抓取圆柱体的整个过程进行了准静态研究,详细阐述了整体构型变化和Mises应力分布情况,结果显示接触区域应力达到最大值.本研究对软体致动器的力学特性分析和优化设计具有一定的理论指导意义. 展开更多

关键词 多腔体气动软体致动器 软接触 穿透 构型和应力

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气动软体致动器驱动的仿生鱼尾设计及试验

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作者 王淑坤 王锦昊 +1 位作者 郑龙 董越华 《重庆理工大学学报(自然科学)》 北大核心 2025年第5期149-155,共7页

针对鱼类的C形起动行为,以具有新月形尾鳍的金枪鱼尾部为仿生模本,设计了一款采用气动纤维约束软体致动器驱动的单关节仿生鱼尾,给出了纤维约束软体致动器与无纤维约束软体致动器的伸缩性能对比。借助数字粒子图像测速技术对不同气压驱... 针对鱼类的C形起动行为,以具有新月形尾鳍的金枪鱼尾部为仿生模本,设计了一款采用气动纤维约束软体致动器驱动的单关节仿生鱼尾,给出了纤维约束软体致动器与无纤维约束软体致动器的伸缩性能对比。借助数字粒子图像测速技术对不同气压驱动下的仿生鱼尾C形起动过程进行流场可视化试验,通过涡环冲量计算,定量分析了推进能力的影响因素。结果表明:研究范围内,仿生鱼尾在进行C形起动时所产生的涡环冲量随摆动周期的减小而增加,同时受摆动角度的影响,在达到最佳摆动角度前,涡环冲量随输出气压的增加而增大,超过最佳摆动角度后开始上下波动并趋于稳定。 展开更多

关键词 工程仿生学 气动软体致动器 仿生鱼尾 数字粒子图像测速技术 C形起动

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真空驱动软体可折展致动器驱动特性研究

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作者 徐齐平 张柯航 +1 位作者 张宏伟 鄂世举 《中国机械工程》 北大核心 2025年第2期220-227,237,共9页

为研究软体致动器驱动特性及其仿生应用,采用对称结构形式设计了一种基于Kresling折痕图案的软体可折展致动器,可实现快速驱动,只产生轴向收缩而不发生扭转(即单自由度直线运动),兼具收缩比大和负载能力强等特点。基于功平衡原理并结合... 为研究软体致动器驱动特性及其仿生应用,采用对称结构形式设计了一种基于Kresling折痕图案的软体可折展致动器,可实现快速驱动,只产生轴向收缩而不发生扭转(即单自由度直线运动),兼具收缩比大和负载能力强等特点。基于功平衡原理并结合几何学理论对该软体可折展致动器进行理论建模与实验研究,探究其变形特性。结果表明:理论与实验结果基本吻合,收缩比随真空压力的增大而增大;在同一真空压力下,负载越大,收缩比越小;在相同收缩比下,负载越大,致动器所需真空压力越大。进一步分析了不同参数对致动器驱动性能的影响,在不同参数调节范围内,致动器的壁厚越小、相对角越小、边长越大,其收缩比、承载能力等性能越好。基于上述结果,优化设计出一种串联软体可折展致动器,将其安装在仿生拟人腿上,能够实现屈伸、跑步、踢球、吸附等不同功能。 展开更多

关键词 软体可折展致动器 驱动特性 收缩比 真空驱动 仿生

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蠕动式软体机器人的径向致动器设计及仿真

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作者 江雨霏 朱其新 《机床与液压》 北大核心 2025年第9期16-22,共7页

近年来,软体机器人在国内外引起了广泛关注,其中蠕动式软体机器人在非结构化环境中有较高的适应性,可广泛应用于管道检测及受限空间内搜索等多种场景。作为决定运动效率的重要因素,蠕动式软体机器人的径向致动器在控制和运动性能方面面... 近年来,软体机器人在国内外引起了广泛关注,其中蠕动式软体机器人在非结构化环境中有较高的适应性,可广泛应用于管道检测及受限空间内搜索等多种场景。作为决定运动效率的重要因素,蠕动式软体机器人的径向致动器在控制和运动性能方面面临较大挑战。为此,设计一种具有圆环状气腔的径向致动器,通过优化结构设计提升其膨胀变形性能。同时,结合微通道和液态导电材料的设计,使该致动器具有全柔性应变感应功能。利用COMSOL多物理场有限元仿真软件,分析不同结构径向致动器的变形性能及感应效果,以优化设计参数,并与普通结构的径向致动器进行对比。结果表明:具有圆环状气腔的径向致动器具有良好的膨胀变形性能,可感应到自身一定程度的膨胀应变并输出电信号。 展开更多

关键词 软体致动器 结构设计 变形性能 传感性能 有限元分析

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气动软体驱动器设计与建模 被引量：13

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作者 孙沂琳 张秋菊 陈宵燕 《食品与机械》 CSCD 北大核心 2018年第11期101-105,共5页

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... 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。 展开更多

关键词 软体驱动器 多腔体 气动驱动 数学模型 有限元分析

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一种仿人手软体康复机器人结构设计与实验 被引量：1

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作者 邓华送 张彦 +3 位作者 董若楠 陈品 曹大迪 王勇 《合肥工业大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2024年第3期296-302,共7页

文章针对手部康复训练提出一种偏心波纹管软体致动器结构,研制出一款具有镜像疗法功能的手部康复软体机器人。设计该偏心波纹管软体致动器结构的波峰、波谷中心存在一定的偏心距,以减少其在变形过程中的能量损耗,提高与人手的适配性;基... 文章针对手部康复训练提出一种偏心波纹管软体致动器结构,研制出一款具有镜像疗法功能的手部康复软体机器人。设计该偏心波纹管软体致动器结构的波峰、波谷中心存在一定的偏心距,以减少其在变形过程中的能量损耗,提高与人手的适配性;基于镜像疗法进行手部康复软体机器人控制系统的设计,使该系统具有主动康复训练、被动康复训练和镜像康复训练3种工作模式。抓取实验、指尖输出力测试以及镜像训练实验的结果表明,所设计的手部康复机器人具有较好的稳定性和顺应性,能够满足手部功能障碍患者的康复训练需求。 展开更多

关键词 手部康复 软体机器人 致动器 镜像疗法

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光驱动软体致动器的制备及其信息安全应用 被引量：5

7

作者 陈原浩 吕鹏飞 +3 位作者 杨梦园 冯奕钰 封伟 王玲 《液晶与显示》 CAS CSCD 北大核心 2021年第2期229-236,共8页

为了提高信息安全,防止信息泄露,进一步拓宽柔性器件在信息安全领域的应用,本文报道了一种基于双层膜光驱动软体致动器的新型信息示假隐真技术。首先,将所制得的不同长径比的金纳米棒通过图案遮罩和涂覆的方法,均匀地分散到聚丙烯/聚酰... 为了提高信息安全,防止信息泄露,进一步拓宽柔性器件在信息安全领域的应用,本文报道了一种基于双层膜光驱动软体致动器的新型信息示假隐真技术。首先,将所制得的不同长径比的金纳米棒通过图案遮罩和涂覆的方法,均匀地分散到聚丙烯/聚酰亚胺复合薄膜体系中,制得双层膜光热驱动软体致动器,接着将软体致动器进行选择性剪切。当无外界光刺激时,我们把该双层膜所呈现的信息定义为第一种假信息;当外界相应波长的激发光刺激该软体致动器时,该器件由于发生形变可以展示出另外一种信息,我们定义为第二种假信息;由于不同的金纳米棒在相应波长光激发下才具有最高的光热转化效率,因此通过红外相机所观察到的不同区域的温度呈现出一种新的图案,我们定义为真信息,起到信息示假隐真作用。实验结果表明未接受光照时,软体致动器处于平整状态;在相应波长激光刺激下,被切割部分的软体致动器弯曲角可达到50°以上,裸眼可以清晰地观测所显示信息;而通过红外相机观测到光热区域与非光热区域温度相差至少在10℃以上,可以明显看到所显示的真信息。将软体致动器与信息示假隐真结合在一起,具有新颖性,而且效果明显,为信息安全问题提供了一个新的解决方案。 展开更多

关键词 信息安全 软体致动器 金纳米棒 光热效应

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多气腔软体致动器的弯曲特性分析和试验验证 被引量：2

8

作者 张珂 魏洪涛 +1 位作者 苏凯伦 李青松 《机床与液压》 北大核心 2022年第10期63-69,共7页

软体致动器是组成各类软体机器人的基本组成单元,对于软体机器人的应用具有重要的意义,因此设计一种由气压驱动的增强纤维式多气腔软体致动器。运用虚功原理对软体致动器进行力学建模;采用有限元软件进行仿真分析。搭建包含气动回路和... 软体致动器是组成各类软体机器人的基本组成单元,对于软体机器人的应用具有重要的意义,因此设计一种由气压驱动的增强纤维式多气腔软体致动器。运用虚功原理对软体致动器进行力学建模;采用有限元软件进行仿真分析。搭建包含气动回路和控制电路的控制系统;采用单腔驱动,对软体致动器的弯曲性能进行试验;采用BP神经网络对软体致动器的气压和角度的非线性关系进行拟合,拟合误差在1°以内;通过样机试验,证明了理论模型和有限元分析的准确性,为软体机器人的设计提供了理论支持。 展开更多

关键词 软体致动器 虚功原理 有限元仿真 BP神经网络

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智能气动阀门定位系统动态特性研究 被引量：1

9

作者 金纵横 尚群立 +1 位作者 于智利 田晓鹏 《高技术通讯》 CAS 北大核心 2024年第4期420-428,共9页

针对智能气动阀门定位系统数字孪生体的实现,提出一种可精确模拟气动继动器和执行器气室动作机理及气体动态特性的数学模型。在无需气体质量流量计的情况下,通过理论推导及实验在气动继动器动力学模型和等效质量流量模型中可变直径的节... 针对智能气动阀门定位系统数字孪生体的实现,提出一种可精确模拟气动继动器和执行器气室动作机理及气体动态特性的数学模型。在无需气体质量流量计的情况下,通过理论推导及实验在气动继动器动力学模型和等效质量流量模型中可变直径的节流孔板直径之间建立函数关系,对执行器气室多变过程建模,实现定位系统数字孪生体。数字孪生体实际运行测试以及模型仿真和实验对比验证了系统的可靠性。 展开更多

关键词 智能气动阀门定位系统 气动继动器 气动执行器 动态特性 建模 数字孪生体

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硅橡胶/还原氧化石墨烯复合薄膜的制备及其在软体机器人中的应用 被引量：3

10

作者 刘迪一 陈培 +2 位作者 李耀刚 张青红 王宏志 《化工新型材料》 CAS CSCD 北大核心 2021年第9期213-216,共4页

采用维生素C化学还原法将氧化石墨烯(GO)还原为还原氧化石墨烯(rGO),并分别通过X射线衍射仪、拉曼光谱仪以及扫描电镜对样品进行表征。将rGO与硅橡胶共混得到多组不同质量比的硅橡胶/rGO复合薄膜,并分别通过温度采集系统以及电子万能材... 采用维生素C化学还原法将氧化石墨烯(GO)还原为还原氧化石墨烯(rGO),并分别通过X射线衍射仪、拉曼光谱仪以及扫描电镜对样品进行表征。将rGO与硅橡胶共混得到多组不同质量比的硅橡胶/rGO复合薄膜,并分别通过温度采集系统以及电子万能材料试验机对样品进行表征。将rGO含量为8%的薄膜植入软体弯曲致动器中作为光热转换层,并在致动器的空腔内注入丙酮液体,制备得到通过丙酮的液-气相变驱动的软体弯曲致动器,观察并通过录像记录致动器在红外光照下的弯曲运动,得到致动器弯曲角随光照时间的变化规律。 展开更多

关键词 软体弯曲致动器 光热转换 还原氧化石墨烯 复合 液-气相变

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形状记忆聚合物的表征方法及其软体机器人适用性研究 被引量：1

11

作者 张姗姗 党开放 +4 位作者 焦志伟 杨勇 李荣军 于猛 管清华 《塑料工业》 CAS CSCD 北大核心 2019年第7期130-133,151,共5页

在智能材料发展迅猛的趋势下,仿生智能材料成为一种新的前景广阔的研究方向,从而推动了软体仿生机器人技术的进步。详细介绍了聚乳酸基聚氨酯聚合物的形状记忆效应表征方法,并结合柔性致动器对其软体机器人适用性进行了仿真验证。研究... 在智能材料发展迅猛的趋势下,仿生智能材料成为一种新的前景广阔的研究方向,从而推动了软体仿生机器人技术的进步。详细介绍了聚乳酸基聚氨酯聚合物的形状记忆效应表征方法,并结合柔性致动器对其软体机器人适用性进行了仿真验证。研究问题的解决,将为新型软体仿生机器人的设计与研究提供思路。 展开更多

关键词 智能材料 仿生 软体机器人 形状记忆效应 柔性致动器

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形状记忆合金变刚度软作动器设计

12

作者 任旭 杨书吉 +1 位作者 文浩 金栋平 《振动．测试与诊断》 EI CSCD 北大核心 2023年第6期1164-1168,1246,共6页

软体材料作动器具有良好的目标抓取适应性,为实现软作动器结构的轻量化,保证抓取与承载能力,采用形状记忆合金丝作为驱动元件,设计出一种可变刚度的软作动器。首先,基于形状记忆合金(shape memory alloy,简称SMA)一维本构关系建立了作... 软体材料作动器具有良好的目标抓取适应性,为实现软作动器结构的轻量化,保证抓取与承载能力,采用形状记忆合金丝作为驱动元件,设计出一种可变刚度的软作动器。首先,基于形状记忆合金(shape memory alloy,简称SMA)一维本构关系建立了作动器的弯曲变形力学模型;其次,通过实验对力与变形之间的关系进行了验证,弯曲变形与理论结果一致;最后,通过回弹结构的动力学设计,使得该作动器能够在恢复阶段快速回到初始形态。实验结果显示,加热用于变刚度的形状记忆合金丝可显著提升作动器的负载能力,从而达到变刚度的效果。 展开更多

关键词 形状记忆合金 可变刚度 本构模型 软体作动器

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