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基于气动柔性驱动器的苹果采摘末端执行器研究 被引量:34
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作者 杨庆华 金寅德 +1 位作者 钱少明 鲍官军 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第9期154-158,204,共6页
设计了一种基于气动柔性驱动器的苹果采摘末端执行器:以气动柔性驱动器作为其弯曲关节,用力学分析的方法对弯曲关节及末端执行器进行建模,分析建立关节弯曲量及输出力与其内腔气体压力之间的数学关系;建立了末端执行器抓取苹果目标的数... 设计了一种基于气动柔性驱动器的苹果采摘末端执行器:以气动柔性驱动器作为其弯曲关节,用力学分析的方法对弯曲关节及末端执行器进行建模,分析建立关节弯曲量及输出力与其内腔气体压力之间的数学关系;建立了末端执行器抓取苹果目标的数学模型。实验结果表明:该末端执行器有较大的输出力,能很好地抓持苹果,并具有很好的柔顺性。 展开更多
关键词 苹果 采摘机器人 末端执行器 气动柔性驱动器 弯曲关节
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基于气动柔性驱动器的弯曲关节的基本特性研究 被引量:14
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作者 钱少明 杨庆华 +2 位作者 鲍官军 王志恒 张立彬 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第24期2903-2907,共5页
基于气动柔性驱动器(FPA)研制了一种弯曲关节,该关节可用于机器人多指灵巧手设计。向FPA内腔中充入不同压力的压缩气体,弯曲关节可以实现不同的转角。对关节进行了力平衡分析,分别建立了关节的转角和输出力静态模型。对弯曲关节进行了... 基于气动柔性驱动器(FPA)研制了一种弯曲关节,该关节可用于机器人多指灵巧手设计。向FPA内腔中充入不同压力的压缩气体,弯曲关节可以实现不同的转角。对关节进行了力平衡分析,分别建立了关节的转角和输出力静态模型。对弯曲关节进行了静态特性测试实验,实验结果与仿真结果基本吻合。弯曲关节动态特性实验表明:关节转角开环阶跃响应时间大约1s,关节输出力的开环阶跃响应时间大约0.5s;采用前馈补偿及PI反馈控制可使关节转角实现精确控制。 展开更多
关键词 气动柔性驱动器(FPA) 弯曲关节 静态模型 机器人多指灵巧手
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气动柔性驱动器及其在灵巧手中的应用研究综述 被引量:15
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作者 张立彬 鲍官军 +1 位作者 杨庆华 高峰 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第23期2891-2897,共7页
介绍了几种典型的气动柔性驱动器——McKibben型PMA、三自由度FMA、旋转型气动柔性驱动器、柔性流体驱动器和新型气动柔性驱动器FPA的研究现状,并对这5种气动柔性驱动器进行了深入的分析讨论,指出它们各自的优点和不足之处。综述了应用... 介绍了几种典型的气动柔性驱动器——McKibben型PMA、三自由度FMA、旋转型气动柔性驱动器、柔性流体驱动器和新型气动柔性驱动器FPA的研究现状,并对这5种气动柔性驱动器进行了深入的分析讨论,指出它们各自的优点和不足之处。综述了应用典型气动柔性驱动器研制的几种气动柔性灵巧手,分析了各灵巧手的特点;结合上述几种气动柔性灵巧手,对目前该领域研究中存在的急需解决的关键性问题进行了总结分析。 展开更多
关键词 气动柔性驱动器 多指灵巧手 数学模型 智能控制
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基于气动柔性驱动器的球果采摘末端抓持器 被引量:18
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作者 鲍官军 张水波 +1 位作者 陈亮 杨庆华 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第5期242-246,共5页
为实现球果的安全、可靠采摘,基于气动柔性驱动器(FPA)设计了球果采摘末端执行器,主要由3个FPA驱动的手指和基座构成。建立了手指指端在基座坐标系内的运动学方程,分析了末端抓持器在任意姿态下进行球果抓握的力学过程,建立了球果抓持... 为实现球果的安全、可靠采摘,基于气动柔性驱动器(FPA)设计了球果采摘末端执行器,主要由3个FPA驱动的手指和基座构成。建立了手指指端在基座坐标系内的运动学方程,分析了末端抓持器在任意姿态下进行球果抓握的力学过程,建立了球果抓持数学模型。实验结果表明,所设计的球果采摘末端执行器可对成熟球果进行任意姿态的抓握,建立的数学模型可用于实际的采摘过程控制。 展开更多
关键词 采摘机器人 末端执行器 气动柔性驱动器
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充气伸长型气动柔性驱动器刚度特性 被引量:5
5
作者 滕燕 高帅 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第5期76-80,共5页
为实现充气伸长型气动柔性驱动器的变刚度控制,对其输出力模型进行改进,建立气动柔性驱动器的静态刚度和动态刚度数学模型,指出气动柔性驱动器的动态刚度为静态刚度与气压刚度之和.试验和仿真研究结果表明:供气压力是影响充气伸长型气... 为实现充气伸长型气动柔性驱动器的变刚度控制,对其输出力模型进行改进,建立气动柔性驱动器的静态刚度和动态刚度数学模型,指出气动柔性驱动器的动态刚度为静态刚度与气压刚度之和.试验和仿真研究结果表明:供气压力是影响充气伸长型气动柔性驱动器静态刚度和动态刚度的主要因素,静态刚度和动态刚度均随供气压力的增大而增大,且呈现较好的线性关系. 展开更多
关键词 气动柔性驱动器 静态刚度 动态刚度 气压刚度 供气压力
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基于气动柔性驱动器的三自由度手指指端输出力特牲研究 被引量:2
6
作者 钱少明 王志恒 杨庆华 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第11期1438-1442,共5页
三自由度手指由3个气动柔性弯曲关节串联而成,弯曲关节由气动柔性驱动器(FPA)驱动。关节驱动力矩的大小取决于各个关节FPA内腔中的压缩气体压力的大小。推导了手指运动学方程及力雅可比矩阵,分析了手指指端受力状况,建立了指端输出力与... 三自由度手指由3个气动柔性弯曲关节串联而成,弯曲关节由气动柔性驱动器(FPA)驱动。关节驱动力矩的大小取决于各个关节FPA内腔中的压缩气体压力的大小。推导了手指运动学方程及力雅可比矩阵,分析了手指指端受力状况,建立了指端输出力与各个内腔气体压力增值之间的映射关系。对手指指端输出力进行了仿真研究和实验研究,实验结果与力模型结果基本吻合。 展开更多
关键词 气动柔性驱动器 弯曲关节 三自由度手指 指端力模型
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三自由度气动柔性驱动器结构功能与形变特性研究 被引量:12
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作者 赵云伟 耿德旭 +2 位作者 刘晓敏 刘洪波 郑永永 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第9期392-401,共10页
设计了一种采用伸长型气动人工肌肉的三自由度柔性驱动器,该驱动器的驱动装置与本体复合一体,主要由3根对称分布的人工肌肉并联组成。根据力和力矩分析,考虑了驱动器伸长量、弯曲方向和弯曲角度的综合影响,建立了驱动器伸长量、弯曲方... 设计了一种采用伸长型气动人工肌肉的三自由度柔性驱动器,该驱动器的驱动装置与本体复合一体,主要由3根对称分布的人工肌肉并联组成。根据力和力矩分析,考虑了驱动器伸长量、弯曲方向和弯曲角度的综合影响,建立了驱动器伸长量、弯曲方向和弯曲角度的非线性理论模型。通过试验对理论模型进行了验证,获得了柔性驱动器在不同通气方式下的形变性能。结果表明:该柔性驱动器弯曲时近似圆弧状,具有较高灵活性,能够实现轴向伸长和空间内任意方向弯曲,可作为执行部件应用于农业机器人和果蔬采摘机械手等仿生机械上。 展开更多
关键词 人工肌肉 气动柔性驱动器 空间弯曲 形变特性
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气动柔性五自由度手指运动分析及控制 被引量:11
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作者 张立彬 王志恒 +1 位作者 杨庆华 鲍官军 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第22期2661-2665,共5页
基于气动柔性驱动器,设计了气动柔性五自由度手指,并介绍了其结构原理。分析建立了五自由度手指的运动学方程,并采用遗传算法解决了该五自由度手指逆运动学中的冗余解问题。基于神经网络设计了手指控制器,并进行了手指指尖轨迹跟踪实验... 基于气动柔性驱动器,设计了气动柔性五自由度手指,并介绍了其结构原理。分析建立了五自由度手指的运动学方程,并采用遗传算法解决了该五自由度手指逆运动学中的冗余解问题。基于神经网络设计了手指控制器,并进行了手指指尖轨迹跟踪实验。实验结果表明,手指指尖的运动实验曲线与理论曲线比较接近,说明采用遗传算法及神经网络控制能够实现对五自由度手指的较精确实时控制。 展开更多
关键词 气动柔性五自由度手指 气动柔性驱动器 遗传算法 神经网络控制
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气动柔性扭转关节动态特性研究 被引量:6
9
作者 鲍官军 王志恒 +3 位作者 杨庆华 邵铁锋 高峰 张立彬 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第6期204-207,226,共5页
基于力矩平衡原理建立了气动柔性扭转关节的基本动力学模型,基于绝热气体能量守恒方程建立了扭转关节FPA的充放气动态模型。分析了FPA初始壁厚、FPA平均半径、FPA初始角度、管接头出口面积等参数对扭转关节动态特性的影响。仿真结果表明... 基于力矩平衡原理建立了气动柔性扭转关节的基本动力学模型,基于绝热气体能量守恒方程建立了扭转关节FPA的充放气动态模型。分析了FPA初始壁厚、FPA平均半径、FPA初始角度、管接头出口面积等参数对扭转关节动态特性的影响。仿真结果表明:FPA初始壁厚、平均半径和初始角度对扭转关节转角和动态过程的影响较大,管接头出口面积对扭转关节转角和动态过程没有影响。实验结果与仿真分析基本吻合,表明建立的气动柔性扭转关节模型能够准确地描述其动态过程及特性。 展开更多
关键词 扭转关节 气动柔性驱动器 动态特性
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气动柔性摆动关节静态模型 被引量:5
10
作者 鲍官军 邵铁锋 +2 位作者 李尚会 王志恒 杨庆华 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第6期198-202,212,共6页
提出了一种基于气动柔性驱动器(FPA)的摆动关节,该关节由左、右两个对称分布的弧形FPA并联而成,弧形FPA两个活动端与摆动关节的动平台固定连接,动平台可以绕着转动副摆动。改变两个弧形FPA的内腔气压,驱动左、右弧形FPA输出不同大小的... 提出了一种基于气动柔性驱动器(FPA)的摆动关节,该关节由左、右两个对称分布的弧形FPA并联而成,弧形FPA两个活动端与摆动关节的动平台固定连接,动平台可以绕着转动副摆动。改变两个弧形FPA的内腔气压,驱动左、右弧形FPA输出不同大小的转动角度,从而实现该关节的摆动运动。基于力矩平衡原理建立了摆动关节的静态模型,仿真分析表明摆动关节的转动角度与弧形FPA内腔气体压力基本呈线性关系,并且转动角度随初始角度、FPA平均半径、预拉伸角度的增大而增大,随FPA壁厚的增大而减小。实验结果表明所建立的数学模型能够描述摆动关节的静态特性。 展开更多
关键词 摆动关节 气动柔性驱动器 静态模型
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基于FPA的气动柔性手指康复器及其控制系统 被引量:6
11
作者 黄鹏程 杨庆华 +2 位作者 鲍官军 林雪 张立彬 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第13期1724-1728,1743,共6页
针对现有手指康复器在柔顺性、适用性和安全性方面存在的不足,基于气动柔性驱动器(FPA)设计了一种气动柔性手指康复器,以采用压缩气体驱动并以橡胶材料为主体设计的基于FPA的柔性弯曲关节代替传统的纯机械式结构。根据手指康复器仿生康... 针对现有手指康复器在柔顺性、适用性和安全性方面存在的不足,基于气动柔性驱动器(FPA)设计了一种气动柔性手指康复器,以采用压缩气体驱动并以橡胶材料为主体设计的基于FPA的柔性弯曲关节代替传统的纯机械式结构。根据手指康复器仿生康复的任务要求,设计具有三大模块的控制系统:模式识别模块负责通过采集和分析手指表面肌电信号(sEMG)对主体的动作意图进行识别,并生成康复运动训练方案;角度反馈模块采用AS5045芯片实时检测康复器运动状态并将数据信息反馈至主控制器;主控制模块控制上述训练方案和康复器运动状态实时反馈信号以驱动康复器完成运动训练。实验结果表明,康复器两个关节弯曲期望值为15°和30°时的稳态误差小于0.6°,提出的控制系统能很好地完成sEMG的识别、康复器运动信息检测与反馈和康复训练任务,证明了手指康复器及其控制系统是可行的、有效的。 展开更多
关键词 手指康复器 气动柔性驱动器 表面肌电信号 神经网络
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气动柔性灵巧手输出力控制技术 被引量:2
12
作者 王志恒 杨庆华 +2 位作者 钱少明 鲍官军 张立彬 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第10期207-214,共8页
阐述了一种气动柔性驱动器(FPA),及采用FPA驱动的气动柔性灵巧手(ZJUT Hand)。以ZJUTHand为研究对象,基于微分运动学理论,建立其手指的静力学模型,完成了手指静力跟踪的半闭环控制实验,验证了ZJUT Hand手指便于控制输出力的特点;基于指... 阐述了一种气动柔性驱动器(FPA),及采用FPA驱动的气动柔性灵巧手(ZJUT Hand)。以ZJUTHand为研究对象,基于微分运动学理论,建立其手指的静力学模型,完成了手指静力跟踪的半闭环控制实验,验证了ZJUT Hand手指便于控制输出力的特点;基于指尖五维力传感器,提出了一种模糊自适应指尖力动态跟踪控制策略,完成了手指指尖力动态跟踪实验,结果表明:该控制策略能够在未知环境下,实现对手指指尖力快速、精确的动态跟踪,响应时间约为1 s,跟踪误差稳定在±0.15 N内。 展开更多
关键词 气动柔性灵巧手 气动柔性驱动器 手指静力模型 模糊手指力 跟踪控制
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3自由度气动柔性手指包络抓持力模型研究 被引量:3
13
作者 钱少明 都明宇 杨庆华 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第2期66-72,共7页
提出了一种基于气动柔性驱动器的3个自由度手指指节法向力可控的包络抓持模型。分析了目标物体受力状况,按照手指指节与目标物体之间的各个接触力尽量均匀的原则,对目标物体受力进行了优化。建立了关于手指指节接触点所受到的法向力及... 提出了一种基于气动柔性驱动器的3个自由度手指指节法向力可控的包络抓持模型。分析了目标物体受力状况,按照手指指节与目标物体之间的各个接触力尽量均匀的原则,对目标物体受力进行了优化。建立了关于手指指节接触点所受到的法向力及摩擦力与关节驱动器输出力之间的力学模型。使用2个触力传感器,应用杠杆原理建立了接触点法向力及其作用点的测量模型。提出了指节接触点法向力的双闭环控制策略,设置了补偿器对摩擦力进行实时补偿,对压力反馈信号进行微分处理,用以消除压力检测信号中所包含的高频噪声。搭建了试验平台,试验结果表明:手指法向力动态响应时间为约1 s,误差范围稳定在±0.5 N。 展开更多
关键词 气动柔性驱动器 3自由度手指 包络抓持 指节力模型
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气动侧摆关节的动态特性 被引量:1
14
作者 王志恒 杨庆华 +2 位作者 钱少明 鲍官军 张立彬 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第7期19-26,共8页
针对目前气动关节存在的缺点,提出了采用气动柔性驱动器(flexible pneumatic actuator,FPA)直接驱动,模拟人手指侧摆运动的侧摆关节。介绍了侧摆关节的工作原理。根据热力学第一定律,结合关节的动力学方程,推导建立了关节的转角及输出... 针对目前气动关节存在的缺点,提出了采用气动柔性驱动器(flexible pneumatic actuator,FPA)直接驱动,模拟人手指侧摆运动的侧摆关节。介绍了侧摆关节的工作原理。根据热力学第一定律,结合关节的动力学方程,推导建立了关节的转角及输出力矩的动态模型,并进行了仿真分析研究了关节的动态特性;试验研究了侧摆关节的动态特性,分析了关节转角及输出力矩的实际动态响应较慢原因;采用了串联双闭环控制方法,对关节的转角及输出力矩进行了控制研究,结果表明:期望角度为15°时,关节转角闭环动态响应时间约为0.3s,稳态相对偏差小于0.65%;期望输出力矩为188N?mm时,闭环输出力矩动态响应约为0.3s,稳态相对偏差小于1.5%。侧摆关节可控性高,可满足多指灵巧手关节设计要求。 展开更多
关键词 机器人 动力学模型 试验 侧摆关节 气动柔性驱动器FPA 机器人多指灵巧手
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利用dsPIC30F5013的气动灵巧手关节控制器设计
15
作者 徐浩吉 陈文彪 +1 位作者 王志恒 杨庆华 《现代制造工程》 CSCD 北大核心 2011年第12期14-17,共4页
提出一种以dsPIC30F5013数字信号控制器为核心的气动灵巧手关节控制器的设计方案,包括硬件结构和系统软件设计。该控制器采用AS5045位置传感器和电/气比例阀内置传感器作为反馈装置,实现双闭环控制,以提高气动灵巧手关节控制精度。控制... 提出一种以dsPIC30F5013数字信号控制器为核心的气动灵巧手关节控制器的设计方案,包括硬件结构和系统软件设计。该控制器采用AS5045位置传感器和电/气比例阀内置传感器作为反馈装置,实现双闭环控制,以提高气动灵巧手关节控制精度。控制器通过键盘和上位机信号输入两种方式,使得在保持与上位机实时联系的同时也能够独立完成对灵巧手关节的控制,从而减轻上位机的负荷。目前该控制器已成功用于气动灵巧手的控制,并取得了良好的应用效果。 展开更多
关键词 气动柔性驱动器 dsPIC30F5013数字信号控制器 气动灵巧手 关节控制器
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气动连续型机器人设计及运动学分析 被引量:4
16
作者 邵铁锋 《机床与液压》 北大核心 2017年第21期39-42,59,共5页
针对传统工业机器人柔性不足的情况,根据象鼻仿生学基本原理,采用气动柔性驱动器(FPA),设计了气动连续型机器人的机械结构,并基于"头部引导法"进行了运动学分析,设计了相应的测控系统。系统实现连续型机器人弧长、偏转角度、... 针对传统工业机器人柔性不足的情况,根据象鼻仿生学基本原理,采用气动柔性驱动器(FPA),设计了气动连续型机器人的机械结构,并基于"头部引导法"进行了运动学分析,设计了相应的测控系统。系统实现连续型机器人弧长、偏转角度、曲率实时检测,并将检测数据传输至上位机。由上位机实现机器人位姿实时计算。最后加工制作了该连续型机器人原型,并实现了抓取实验,原型机可实现200 g以内物体卷绕抓取,弯曲角度控制精度小于10°。 展开更多
关键词 连续型机器人 位姿检测 象鼻仿生 气动柔性驱动器
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基于肌电控制的灵巧手及其控制系统设计 被引量:6
17
作者 杨彬 黄鹏程 +3 位作者 杨庆华 鲍官军 王志恒 高峰 《机电工程》 CAS 2016年第4期388-394,共7页
针对传统工业/农业机器人在末端执行器结构上的局限性,在结构设计过程中改变了传统的以刚性结构为核心的设计方案,将气动柔性驱动器(FPA)作为基础,并以人手部结构为原型结合其关节的运动特性,设计出了新型灵巧手;同时,针对传统机械手动... 针对传统工业/农业机器人在末端执行器结构上的局限性,在结构设计过程中改变了传统的以刚性结构为核心的设计方案,将气动柔性驱动器(FPA)作为基础,并以人手部结构为原型结合其关节的运动特性,设计出了新型灵巧手;同时,针对传统机械手动作方式单一、欠缺灵活性的问题,将肌电信号(EMG信号)引入到灵巧手的控制策略中,提出了以肌电信号控制的方式,实现了对灵巧手的操作;在保证控制精度的基础上,通过模拟人手动作方式,增加了灵巧手的运动形式。实验结果表明,该仿生灵巧手控制系统的控制精度达到98%,该灵巧手控制方法的可行性由此得到了验证。 展开更多
关键词 灵巧手 结构设计 肌电信号 肌电控制 控制算法 气动柔性驱动器
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Design of wearable hand rehabilitation glove with soft hoop-reinforced pneumatic actuator 被引量:15
18
作者 SUN Zhong-sheng GUO Zhong-hua TANG Wei 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2019年第1期106-119,共14页
Traditional hand rehabilitation gloves usually use electrical motor as actuator with disadvantages of heaviness,bulkiness and less compliance.Recently,the soft pneumatic actuator is demonstrated to be more suitable fo... Traditional hand rehabilitation gloves usually use electrical motor as actuator with disadvantages of heaviness,bulkiness and less compliance.Recently,the soft pneumatic actuator is demonstrated to be more suitable for hand rehabilitation compared to motor because of its inherent compliance,flexibility and safety.In order to design a wearable glove in request of hand rehabilitation,a soft hoop-reinforced pneumatic actuator is presented.By analyzing the influence of its section shape and geometrical parameters on bending performance,the preferred structure of actuator is achieved based on finite element method.An improved hoop-reinforced actuator is designed after the fabrication and initial measurement,and its mathematical model is built in order to quickly obtain the bending angle response when pressurized.A series of experiment about bending performance are implemented to validate the agreement between the finite element,mathematical and experimental results,and the performance improvement of hoop-reinforced actuator.In addition,the designed hand rehabilitation glove is tested by measuring its output force and actual wearing experience.The output force can reach 2.5 to 3 N when the pressure is 200 kPa.The research results indicate that the designed glove with hoop-reinforced actuator can meet the requirements of hand rehabilitation and has prospective application in hand rehabilitation. 展开更多
关键词 PNEUMATIC soft actuator hoop-reinforced hand rehabilitation
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