一种耐冲击绳驱式仿人手指的设计与运动分析

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作者 张元林 姜运祥 +1 位作者 孙传宗 赵忆文 《机械设计与制造》 北大核心 2026年第2期321-324,331,共5页

针对传统机械夹爪的手指结构复杂,过载鲁棒性差问题,设计了一种绳驱式仿人手指,并对手指的驱动绳与对应关节之间的运动关系进行映射,进而保证手指的可控性。首先分析人手手指解剖学特征,采用通过孔道对绳进行导引的方式实现关节和传动... 针对传统机械夹爪的手指结构复杂,过载鲁棒性差问题,设计了一种绳驱式仿人手指,并对手指的驱动绳与对应关节之间的运动关系进行映射,进而保证手指的可控性。首先分析人手手指解剖学特征,采用通过孔道对绳进行导引的方式实现关节和传动系统的设计,大幅降低手指零部件数量同时保证了手指的运动精度。随后通过将关节等效为耦合铰链并应用改进D-H法对手指关节进行运动学建模,同时提取驱动绳与手指指骨之间的位置关系,进而得到驱动绳与对应被驱关节之间的运动映射关系,通过Adams进行运动学仿真分析并与理论结果进行对比验证结论的可行性。最后通过冲击精度保持性实验验证了手指的过载鲁棒性。 展开更多

关键词 仿人手指 绳驱式 滚转关节 耦合机构 欠驱动机构 运动学

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多自由度绳驱微操作腕式夹爪的建模与力估计

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作者 任晗 边桂彬 +3 位作者 叶强 马睿宸 李桢 张向慧 《科学技术与工程》 北大核心 2025年第7期2825-2831,共7页

脑血管搭桥、脑组织解剖、神经吻合等软组织显微手术缺乏微力感知显微手术器械。为了拓展人手操作精度,设计了一种专为手术机器人使用的新型多自由度绳驱微操作腕式夹爪,旨在提高操作精度并增加操作过程中的接触力感知。该腕式夹爪通过... 脑血管搭桥、脑组织解剖、神经吻合等软组织显微手术缺乏微力感知显微手术器械。为了拓展人手操作精度,设计了一种专为手术机器人使用的新型多自由度绳驱微操作腕式夹爪,旨在提高操作精度并增加操作过程中的接触力感知。该腕式夹爪通过丝杠驱动六根绳索实现微型化器械远端的灵巧运动。通过电机直接驱动丝杠的方式提高了绳索驱动精度,从而实现了远端腕式夹爪的操作精度和稳定性。此外,驱动绳索后端与丝杠之间设计有力传感器,实现对绳索张紧力的直接实时监测。基于绳索张紧力提出了对腕式夹爪接触力的计算模型,实现了腕式关节对外界接触力的感知测量。实验结果表明,开环控制下腕式夹爪运动跟踪误差均值<1°,力估计平均值最大为53.85 mN。 展开更多

关键词 显微外科 绳索驱动 腕式夹爪 动力学

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温室对靶喷施机器人绳驱并联机构的运动学分析与仿真 被引量：1

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作者 王怡旎 赵栋杰 +2 位作者 石有圣 柳长进 李洪凯 《农机化研究》 北大核心 2025年第11期258-265,共8页

为满足中小型塑料温室大棚作物自动对靶施肥施药的作业需求,设计了一种3自由度绳驱并联对靶喷施机器人。首先,描述了其机构特征,建立运动学模型;其次,根据闭环矢量法构建绳索长度的运动学方程,使其能够精准描述绳索在不同位置下的长度变... 为满足中小型塑料温室大棚作物自动对靶施肥施药的作业需求,设计了一种3自由度绳驱并联对靶喷施机器人。首先,描述了其机构特征,建立运动学模型;其次,根据闭环矢量法构建绳索长度的运动学方程,使其能够精准描述绳索在不同位置下的长度变化,基于差分进化算法对正运动学进行数值求解,对其进行位置正、逆解分析,确保机器人在不同作业条件下的精准定位,并通过5组随机生成的具体算例对正、逆解分析结果进行了初步验证;最后,构建了机构的数值仿真模型,分别对温室对靶喷施作业中3种作业情况进行模拟,结果表明,位置理论分析结果可信,3自由度绳驱并联机构各绳索可协调运动且运动轨迹稳定。研究不仅为深入研究机器人动力学、工作空间和运动控制等问题提供了理论依据,也为机器人的实际应用奠定了基础。 展开更多

关键词 机器人 对靶喷施 并联机构 3自由度 绳驱动 差分进化算法 建模 仿真分析

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一种农业工程的绳驱动机械臂结构设计

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作者 肖石华 王鸿 +2 位作者 刘朝晖 张友为 曹泽阳 《南方农机》 2025年第15期36-39,47,共5页

【目的】解决现有绳驱动机械臂精度不足、负载能力有限的问题。【方法】设计了一款包含回转底座、大臂、小臂及手爪的四自由度绳驱动机械臂。通过n型闭环绳索传动方案实现关节运动控制,结合滑轮组布局优化与张力预紧设计提升系统稳定性... 【目的】解决现有绳驱动机械臂精度不足、负载能力有限的问题。【方法】设计了一款包含回转底座、大臂、小臂及手爪的四自由度绳驱动机械臂。通过n型闭环绳索传动方案实现关节运动控制,结合滑轮组布局优化与张力预紧设计提升系统稳定性,并利用有限元分析对关键零部件进行强度校核及优化。【结果】优化后小臂质量减轻18.03%,最大应力236.8 MPa(安全系数>2.6),最大位移0.874 4 mm,满足设计强度、刚度要求,并显著降低了转动惯量。【结论】该绳驱动机械臂结构设计合理,优化效果显著,在±100 N负载下能够满足轻型作业场景的性能需求,并可为高性能绳驱动机械臂在农业工程领域的应用提供有益参考。 展开更多

关键词 绳驱动机械臂 结构设计 滑轮组传动 有限元分析

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绳驱动假肢手指参数优化及抓取力分析 被引量：3

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作者 李群明 李耀文 +1 位作者 吕亚平 潘祺 《现代制造工程》 CSCD 北大核心 2015年第8期145-149,共5页

鉴于实现假肢手指类人手指运动规律在假肢手设计中的重要性,通过对假肢手指运动学进行分析,得到假肢手指关节转角与弹簧刚度的关系,并采用数据手套对人手食指自然弯曲过程中各关节转角进行采集,在此基础上,以假肢手指弯曲过程中关节转... 鉴于实现假肢手指类人手指运动规律在假肢手设计中的重要性,通过对假肢手指运动学进行分析,得到假肢手指关节转角与弹簧刚度的关系,并采用数据手套对人手食指自然弯曲过程中各关节转角进行采集,在此基础上,以假肢手指弯曲过程中关节转角与人手食指相近为设计目标,对假肢手指的参数进行优化,得到满足目标的弹簧刚度。最后根据虚功率原理建立假肢手指静力学模型,并将得到的数学模型与ADAMS虚拟样机的静力学仿真结果进行对比,验证了所建立的静力学模型的合理性。 展开更多

关键词 绳驱动 假肢手指 运动规律 静力学

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结合IMask R-CNN的绳驱机械臂视觉抓取方法研究 被引量：9

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作者 袁媛 陈雨 +2 位作者 周青华 蒋明 何世琼 《计算机应用研究》 CSCD 北大核心 2021年第10期3093-3097,共5页

绳驱超冗余机械臂具有灵活性强、工作空间大等特点,在航天活动中可替代宇航员进行各种航空作业。以空间飞行器在轨维修为研究背景,模拟其实验环境,设计了一套基于RGB-D的可移动绳驱超冗余机械臂定位抓取系统。首先改进了Mask R-CNN算法... 绳驱超冗余机械臂具有灵活性强、工作空间大等特点,在航天活动中可替代宇航员进行各种航空作业。以空间飞行器在轨维修为研究背景,模拟其实验环境,设计了一套基于RGB-D的可移动绳驱超冗余机械臂定位抓取系统。首先改进了Mask R-CNN算法,在保证检测精度的同时降低模型尺寸,通过Intel RealSense D435i采集图像输入到目标检测模型得到目标的类别和位置信息,进一步利用自适应末端位置更新算法递推机械臂的正逆运动学模型,并结合轨迹规划完成目标的三维空间定位和抓取。实验结果表明,改进后的Mask R-CNN算法能在保证精度的情况下有效地降低模型尺寸,抓取系统的逆运动学求解速度快,具有较好的定位精度,能够有效地完成飞行器抓取的任务。 展开更多

关键词 绳驱机械臂 Mask R-CNN 逆运动学 三维定位 视觉抓取

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月球弹簧回复式绳驱采样机械臂的设计及试验 被引量：1

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作者 孙凤 祝安杰 +5 位作者 张明 裴文哲 金俊杰 张伟伟 唐钧跃 姜生元 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期1977-1985,共9页

针对深低温、低重力环境的月壤采样任务,设计并研制了一种功耗低、重量轻、结构简单、可靠性高的四自由度绳驱机械臂。将驱动绳索安装在臂杆末端,较大程度地减小了机械臂的功耗;在关节2、3处安装扭转弹簧,通过弹簧扭力给机械臂末端提供... 针对深低温、低重力环境的月壤采样任务,设计并研制了一种功耗低、重量轻、结构简单、可靠性高的四自由度绳驱机械臂。将驱动绳索安装在臂杆末端,较大程度地减小了机械臂的功耗;在关节2、3处安装扭转弹簧,通过弹簧扭力给机械臂末端提供超过20 N的下压力;针对深低温环境,匹配了不同材料的配合间隙,提高了机械臂的可靠性;建立并验证了机械臂运动学模型的正确性。采样路径的仿真结果表明机械臂可完成采样任务。采用半闭环控制策略对样机的各独立关节进行了位置阶跃试验和正弦轨迹跟踪试验,试验结果表明各关节具备较高的响应速度、良好的稳定性和轨迹跟踪能力。 展开更多

关键词 月球环境 弹簧回复 绳驱动 位置阶跃试验 轨迹跟踪试验

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一种四自由度运动平台及其姿态控制方法 被引量：2

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作者 张琨 霍建霖 +1 位作者 赵志启 张镭 《电子测量技术》 北大核心 2022年第19期150-154,共5页

为了减少无人机飞行控制算法调试的困难,需要一种地面试验设备以托举并限制飞行器的运动。为此提出了一种由绳索和丝杠复合驱动的四自由度运动平台,该平台垂直方向的直线运动由电机驱动丝杠提供,3个旋转方向的运动由4个电机拉动绳索驱... 为了减少无人机飞行控制算法调试的困难,需要一种地面试验设备以托举并限制飞行器的运动。为此提出了一种由绳索和丝杠复合驱动的四自由度运动平台,该平台垂直方向的直线运动由电机驱动丝杠提供,3个旋转方向的运动由4个电机拉动绳索驱动。为了实现该平台的位置和姿态控制,建立了该平台的动力学模型。由于平台各方向不同的动力学特性,使用模糊控制器实现的姿态补偿方法提高了系统的跟踪性能。通过仿真实验表明,该系统各方向调节时间小于0.2 s,位置跟踪误差为0,具有响应速度快、抗干扰能力强、定位精度高等优点,可以辅助完成飞行器控制系统的调试工作,具有重要的应用价值。 展开更多

关键词 并联平台 动力学模型 绳索驱动 姿态控制 模糊控制器

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三自由度绳驱动波浪补偿装置的动力学建模与振动特性分析 被引量：2

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作者 李建 王生海 +3 位作者 赵世龙 王建立 韩广冬 孙玉清 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2024年第18期220-231,共12页

受波浪运动的影响,在使用起重机进行海上补给作业的过程中,吊具容易产生不良运动,严重影响了补给作业的效率和安全性。为实现船用起重机在横摇、纵摇和升沉方向上的波浪补偿功能,提出了一种三自由度绳驱动波浪补偿装置;首先,考虑到不均... 受波浪运动的影响,在使用起重机进行海上补给作业的过程中,吊具容易产生不良运动,严重影响了补给作业的效率和安全性。为实现船用起重机在横摇、纵摇和升沉方向上的波浪补偿功能,提出了一种三自由度绳驱动波浪补偿装置;首先,考虑到不均匀装载工况,基于Newton-Euler法建立了补偿装置的动力学模型,并通过Adams虚拟样机仿真验证了数学模型的正确性;其次,对不均匀装载工况下的绳索张力分布情况进行分析,得到了吊具重心位置的危险分布区域;再次,采用特征值法求解补偿装置的一阶固有频率,得到了载荷质量、绳索刚度以及吊具位姿对补偿装置一阶固有频率的影响规律;最后,在理论分析的基础上,通过试验验证了补偿方案的可行性,并证明了数学模型的正确性。 展开更多

关键词 波浪补偿 船用起重机 绳驱动 动力学分析 振动特性

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四自由度绳驱动刚柔混合式波浪运动补偿机构的动力学建模 被引量：7

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作者 姜媛 唐梁 陈原 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第7期1767-1780,共14页

为了避免船舶过驳吊运过程中货物与甲板间的碰撞,提出一种安装在船用吊装设备的四自由度绳驱动刚柔混合式波浪补偿运动机构。首先,设计该波浪运动补偿机构的实验装置,基于螺旋理论验证该波浪运动补偿机构的可行性。然后,基于代数法建立... 为了避免船舶过驳吊运过程中货物与甲板间的碰撞,提出一种安装在船用吊装设备的四自由度绳驱动刚柔混合式波浪补偿运动机构。首先,设计该波浪运动补偿机构的实验装置,基于螺旋理论验证该波浪运动补偿机构的可行性。然后,基于代数法建立该波浪运动补偿机构的位置正/反解模型,并推导该补偿机构结构的运动学模型,最后,基于牛顿-欧拉法建立该波浪运动补偿机构的系统动力学模型,运用仿真软件对所推导的数学模型进行验证。研究结果表明:该波浪运动补偿机构的位置正/反解的误差数量级为10-5 mm;运动学和动力学模型的MATLAB数值模拟结果与Adams虚拟样机的结果基本吻合,最大相对误差为理论值的1.6%,在可接受的范围内,表明本文提出的四自由度绳驱动刚柔混合式波浪运动补偿机构能够实现主动波浪运动补偿。 展开更多

关键词 绳驱动 海上吊装作业 波浪运动补偿 刚柔混合驱动补偿机构 动力学建模

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两关节绳驱式欠驱动手爪设计与仿真分析 被引量：5

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作者 王远行 刘玉旺 +1 位作者 朱树云 杨尚奎 《机械设计与制造》 北大核心 2021年第5期149-152,共4页

传统攀爬机器人的抱持机构都是采用全驱动的机构,具有结构复杂,控制繁琐,无自适应的缺点。为了改变这种状态,提升攀爬机器人抱持机构的抱持性能,设计了一种基于绳驱式欠驱动原理的抱持机构,具有结构简单,驱动源较少,自适应好的优点。同... 传统攀爬机器人的抱持机构都是采用全驱动的机构,具有结构复杂,控制繁琐,无自适应的缺点。为了改变这种状态,提升攀爬机器人抱持机构的抱持性能,设计了一种基于绳驱式欠驱动原理的抱持机构,具有结构简单,驱动源较少,自适应好的优点。同时对此欠驱动机构进行静力学模型的建立,并运用ADAMS/Cable模块对欠驱动手爪进行运动学以及动力学仿真分析。此仿真方法为绳驱式欠驱动手爪仿真提供了一种新的方法,并通过仿真验证轮手抱持杆件的可行性,从而验证了欠驱动手爪作为攀爬机器人抱持机构的可行性。 展开更多

关键词 绳驱式 欠驱动 攀爬机器人 ADAMS/Cable 运动学 动力学

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深海力感知多指手结构设计与仿真分析 被引量：2

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作者 刘辰辰 张奇峰 孙斌 《现代制造工程》 CSCD 北大核心 2019年第11期42-49,共8页

面向水下机器人深海作业需求,研究设计了一种具有力感知功能的水下多指手,多指手共有3个手指,每个手指有3个关节,由一根绳索驱动,为欠驱动模式,手指指尖内置传感器用于指尖力检测。针对水下作业环境和目标特点,阐述了手指的设计依据,介... 面向水下机器人深海作业需求,研究设计了一种具有力感知功能的水下多指手,多指手共有3个手指,每个手指有3个关节,由一根绳索驱动,为欠驱动模式,手指指尖内置传感器用于指尖力检测。针对水下作业环境和目标特点,阐述了手指的设计依据,介绍了手指运动机理,研究设计了多指手的运动模块和整体结构,对手指进行了抓取静力学分析和动力学仿真,验证了手指结构的合理性与可行性。 展开更多

关键词 水下多指手 力感知 绳索驱动 欠驱动

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绳索驱动下肢训练机器人系统运动稳定性分析

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作者 王砚麟 安宗文 +4 位作者 黄华 马强 王克义 李竞航 王燕卓 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期1135-1143,共9页

针对绳索驱动下肢训练机器人的稳定性问题,本文建立了绳索驱动下肢训练机器人的运动学和动力学模型,给出了绳索拉力优化解的计算表达式,并推导获得了机器人的系统刚度解析表达式。考虑不同训练对象承受运动强度的能力不同,定义了速度影... 针对绳索驱动下肢训练机器人的稳定性问题,本文建立了绳索驱动下肢训练机器人的运动学和动力学模型,给出了绳索拉力优化解的计算表达式,并推导获得了机器人的系统刚度解析表达式。考虑不同训练对象承受运动强度的能力不同,定义了速度影响函数。综合考虑绳索拉力、系统刚度和速度影响函数等因素定义了机器人系统的运动稳定性评价指标,并通过稳定工作空间、抗干扰稳定工作空间和不同训练轨迹的实例计算明确了机器人工作空间内中上部区域的运动稳定性能更好,为运动支链中的过轮运动规划和训练任务规划提供了理论依据。 展开更多

关键词 绳索驱动机器人 下肢训练机器人 绳索拉力优化 系统刚度 运动稳定性 运动学 动力学 速度影响函数 稳定工作空间

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混联式柔性踝关节康复机构设计及运动性能分析 被引量：3

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作者 王海芳 李广宇 +2 位作者 李鸣飞 崔阳阳 陈晓波 《中国工程机械学报》 北大核心 2022年第2期146-150,共5页

根据踝关节的生理结构特点以及对踝关节康复训练机构的研究现状,针对刚性驱动杆件惯性大、容易产生惯性冲击,以及康复机构与患者踝关节两者的转动中心不能重合造成反复扭伤的问题,设计了一种柔性驱动混联式的踝关节康复机构。首先介绍... 根据踝关节的生理结构特点以及对踝关节康复训练机构的研究现状,针对刚性驱动杆件惯性大、容易产生惯性冲击,以及康复机构与患者踝关节两者的转动中心不能重合造成反复扭伤的问题,设计了一种柔性驱动混联式的踝关节康复机构。首先介绍了康复机构的整体结构;然后分析了机构的自由度并推导出运动学正反解,并建立了Jacobian矩阵;最后,基于雅可比矩阵分析了机构的运动性能。结果表明,所设计的踝关节康复机构能够满足患者康复后期踝关节康复运动治疗的要求。 展开更多

关键词 柔性驱动 运动学 工作空间 混联机构 踝关节康复

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煤矿智能单轨吊研究进展与关键技术 被引量：28

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作者 马宏伟 段优优 +5 位作者 薛旭升 孙思雅 张烨 王川伟 郭逸风 崔闻达 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2023年第6期57-67,共11页

分析了目前常用的5种矿用单轨吊(即防爆柴油机单轨吊、防爆蓄电池单轨吊、气动单轨吊、绳牵引单轨吊和电缆拖挂单轨吊)的优缺点,指出防爆柴油机单轨吊和防爆蓄电池单轨吊因运输能力强,已广泛应用于煤矿井下设备及物料运输,防爆蓄电池单... 分析了目前常用的5种矿用单轨吊(即防爆柴油机单轨吊、防爆蓄电池单轨吊、气动单轨吊、绳牵引单轨吊和电缆拖挂单轨吊)的优缺点,指出防爆柴油机单轨吊和防爆蓄电池单轨吊因运输能力强,已广泛应用于煤矿井下设备及物料运输,防爆蓄电池单轨吊因其绿色清洁的特点,逐渐成为煤矿井下辅助运输的重点研发装备。从电池驱动、定位、测控、信息传输4个方面分析了矿用单轨吊系统的研究现状,指出目前的矿用单轨吊系统存在自动化、智能化水平低等问题,要实现单轨吊智能化运输,需研究单轨吊锂电池防爆及电池管理、全局与局部融合精确定位、多传感器信息融合智能测控、边缘计算信息传输等关键技术。针对锂电池防爆及电池管理技术,提出了基于变密度法的防爆大容量锂电池结构拓扑优化设计方法,及基于改进麻雀搜索算法/遗传算法的均衡管理方案;针对精确定位技术,提出了惯导+里程计融合的全局定位方法,及基于视觉+UWB组合的局部定位方法;针对智能测控技术,提出了基于递推最小二乘算法/二阶近似扩展卡尔曼滤波的智能检测方法、随动电子围栏实时构建方法和基于模糊规则的矢量控制方法;针对信息传输技术,提出了基于融合5G网络的“本地-近程-地面”通信系统架构,及基于边缘计算的分布式数据计算及传输方法。煤矿智能单轨吊关键技术问题和解决方案的提出,为加快煤矿智能单轨吊发展提供了一种新思路。 展开更多

关键词 智能单轨吊 防爆柴油机单轨吊 防爆蓄电池单轨吊 气动单轨吊 绳牵引单轨吊 电缆拖挂单轨吊 电池驱动 精确定位 智能测控 边缘计算信息传输

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基于连续体机器人技术的金针菇自动采收装置设计

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作者 陈艺超 李龙 +3 位作者 白东明 徐阮佳 陆洪漾 陈斌杰 《智慧农业导刊》 2024年第22期6-9,共4页

在现有的金针菇工厂化产线中,滤光罩拆卸、金针菇采收、金针菇切根3道关键工序仍需人工完成,效率低下,且人工成本高昂。为提高工厂的自动化程度及金针菇生产效率,对金针菇的产线方案进行搭建,模块化设计一种金针菇自动采收装置,将3道工... 在现有的金针菇工厂化产线中,滤光罩拆卸、金针菇采收、金针菇切根3道关键工序仍需人工完成,效率低下,且人工成本高昂。为提高工厂的自动化程度及金针菇生产效率,对金针菇的产线方案进行搭建,模块化设计一种金针菇自动采收装置,将3道工序集成为一体。结合连续体机器人技术设计一种绳驱动金针菇柔性夹爪,解决自动化实现金针菇无损采收这一核心问题。同时在环保的角度进一步完善产线,产线中对滤光罩与切割后的金针菇根壤分别进行回收,实现金针菇产线的废料回收再利用。 展开更多

关键词 金针菇 结构设计 绳驱动 连续体机器人 生产线

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无极绳连续牵引车载重车厢的振动分析

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作者 王金利 《机械强度》 CAS CSCD 北大核心 2021年第4期828-833,共6页

载重车厢是无极绳连续牵引车的重要部件,针对车厢在运输人员或者货物由于振动造成的脱轨、掉道、侧翻等安全事故,在平巷直线,水平转弯半径9 m,垂直转弯半径15 m三种工况下,对普通轨轮系装置和卡轨轮系装置载重车厢的振动进行试验。在多... 载重车厢是无极绳连续牵引车的重要部件,针对车厢在运输人员或者货物由于振动造成的脱轨、掉道、侧翻等安全事故,在平巷直线,水平转弯半径9 m,垂直转弯半径15 m三种工况下,对普通轨轮系装置和卡轨轮系装置载重车厢的振动进行试验。在多种运行速度的条件下,对不同轮系的振动性能分析表明:卡轨轮系装置的载重车箱稳定性能最好。随着速度的增大,平巷直线运行时,当运行速度超过2.0 m/s,普通轨轮系装置的横向振幅较大;水平转弯运行时,当运行速度超过1.5 m/s,普通轨轮系装置比卡轨轮系装置运行的车箱纵向振幅、横向振幅都明显增加,建议在此处增设护轨装置;垂直转弯运行时,运行速度不宜超过1.8 m/s。 展开更多

关键词 无极绳连续牵引车 载重车厢 振动 轮系装置 振幅

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