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绳驱动模块化仿人多指手的结构设计与系统集成
1
作者 张爱民 冯嘉枢 +2 位作者 周仁义 罗力 吴桥文 《自动化与信息工程》 2026年第1期37-43,共7页
针对当前仿人服务机器人多指手存在的结构复杂、价格高昂、功能有限等问题,提出一种结构简单、成本低廉、功能丰富的绳驱动模块化仿人多指手。基于人手动作中各关节呈现运动耦合的特性,采用单电机驱动单指的方案,通过腱绳传动同步驱动... 针对当前仿人服务机器人多指手存在的结构复杂、价格高昂、功能有限等问题,提出一种结构简单、成本低廉、功能丰富的绳驱动模块化仿人多指手。基于人手动作中各关节呈现运动耦合的特性,采用单电机驱动单指的方案,通过腱绳传动同步驱动手指的多个关节;采用模块化设计理念,将食指、中指、无名指与尾指设计为结构相同的模块,大拇指则单独设计为另一功能模块。各手指主体均采用一体化3D打印成型,并安装在手掌上构成完整的多指手系统,其控制系统硬件高度集成于手掌内部。经手势动作、抓握与抓握力实验验证,该多指手以较少的驱动单元和简化的传动结构,实现多样化的手势表达及对25种物品的稳定抓握,抓握力达13.29 N,满足仿人服务机器人在典型抓取任务与服务场景中的功能需求。 展开更多
关键词 绳驱动 仿人多指手 模块化 结构设计 抓握能力 系统集成
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柑橘抓取灵巧手设计与试验
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作者 李志鑫 张俊 胡栋 《农业技术与装备》 2025年第10期8-10,14,共4页
柑橘果皮较为脆弱,在种植和采后加工等环节,柑橘的抓取操作主要依赖人工,导致劳动力需求量大且容易造成果实的损坏,现有的球状水果抓取机械爪存在通用性差等问题,难以满足实际需求。基于此,设计了一种用于柑橘抓取固定的灵巧手。通过三... 柑橘果皮较为脆弱,在种植和采后加工等环节,柑橘的抓取操作主要依赖人工,导致劳动力需求量大且容易造成果实的损坏,现有的球状水果抓取机械爪存在通用性差等问题,难以满足实际需求。基于此,设计了一种用于柑橘抓取固定的灵巧手。通过三维建模,搭建样机和试验平台,进行指尖输出力和抓取测试,结果表明,设计的灵巧手最大指尖输出力达12.42 N,可以抓取果径在40~80 mm的柑橘果实,验证了其在柑橘抓取固定应用中的可行性。 展开更多
关键词 柑橘 灵巧手 结构设计 腱绳传动
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7自由度类肌腱驱动仿生机械臂的设计及运动分析
3
作者 章宇 陈赛旋 《机械科学与技术》 北大核心 2025年第7期1127-1135,共9页
为提升仿生机械臂人机交互过程中的柔顺性及安全性,提出一种7自由度类肌腱驱动仿人机械臂的设计方法。在研究人体上肢生物学仿生机理的基础上设计了类肌腱驱动机构、张力放大机构及串并联混合腕部机构,实现了肩关节的模块化设计、肘关... 为提升仿生机械臂人机交互过程中的柔顺性及安全性,提出一种7自由度类肌腱驱动仿人机械臂的设计方法。在研究人体上肢生物学仿生机理的基础上设计了类肌腱驱动机构、张力放大机构及串并联混合腕部机构,实现了肩关节的模块化设计、肘关节的柔性张力放大以及腕关节的高灵巧运动。为解决绳索驱动机构运动过程中张力下降的问题,提出被动运动的绳索张紧机构设计方法,在运动过程中实现绳索的快速张紧,以达到恒定的驱动力输出,保证机械臂末端运动精度。此外,基于螺旋理论分析腕关节3-UU并联机构的自由度,验证了关节运动范围及球面纯滚运动实现的可行性。建立了机械臂十轴耦合模型,推导了机械臂正逆运动学算法,并通过仿真验证算法的正确性。采用蒙特卡洛法分析机械臂的工作空间,对类肌腱驱动仿人机械臂的样机开发及研究提供理论基础。 展开更多
关键词 7自由度 类肌腱驱动 柔性张力放大机构 螺旋理论 运动学
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气动人工肌肉驱动球面并联机器人的位置控制研究 被引量:4
4
作者 范伟 彭光正 +1 位作者 高建英 宁汝新 《北京理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第6期516-519,共4页
研究将气动人工肌肉驱动器应用于柔索驱动三自由度球面并联机器人机构,介绍了该机器人的运动学模型,提出一种简便的轨迹规划方法,在建立的实验测控系统中,应用含并联机器人的位置逆解和对气动人工肌肉的智能PID控制的位置控制算法,实现... 研究将气动人工肌肉驱动器应用于柔索驱动三自由度球面并联机器人机构,介绍了该机器人的运动学模型,提出一种简便的轨迹规划方法,在建立的实验测控系统中,应用含并联机器人的位置逆解和对气动人工肌肉的智能PID控制的位置控制算法,实现对机器人末端的位置控制,通过机器人的位置正解验证了位置控制的控制效果. 展开更多
关键词 气动人工肌肉 球面并联机器人 柔索驱动 位置控制
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线驱无关节手指外骨骼的运动耦合方法 被引量:3
5
作者 杨建宇 谢华龙 史家顺 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2016年第1期27-32,共6页
传统的无关节手指外骨骼线缆驱动方法在实施过程中会产生远端关节先于近端关节运动的错误动作顺序.为弥补该缺点,本文利用一对耦合的线缆,提出了一种面向无关节手指外骨骼的线缆驱动运动耦合方案——通过刚柔线缆的交叉使用避免了弯曲... 传统的无关节手指外骨骼线缆驱动方法在实施过程中会产生远端关节先于近端关节运动的错误动作顺序.为弥补该缺点,本文利用一对耦合的线缆,提出了一种面向无关节手指外骨骼的线缆驱动运动耦合方案——通过刚柔线缆的交叉使用避免了弯曲方向和伸展方向之间的运动干涉,并在保持传统无关节手指外骨骼驱动方案的简洁紧凑特点的同时使其能够输出正确的运动顺序.阐述了所提方案的工作原理,并对其进行了仿真分析;开发了实验假手并依照假手数据设计外骨骼零件,构建了实验平台,完成了运动耦合的运动学实验,验证了本文方法的正确性和可行性. 展开更多
关键词 人工康复 手外骨骼 无关节外骨骼 线缆驱动 关节运动耦合
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腱驱动假手手指运动及力分析 被引量:2
6
作者 刘伊威 任伟 高一夫 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第5期46-51,共6页
为优化多自由度假手的机械结构,降低其复杂性以及提高其可靠性,采用腱驱动方法实现假手单手指的独立运动.腱驱动假手手指由驱动腱、钢丝轮、3个指节、3个关节及关节扭簧等构成,关节扭簧实现关节的预紧和腱松弛后关节的回复运动.对弹簧... 为优化多自由度假手的机械结构,降低其复杂性以及提高其可靠性,采用腱驱动方法实现假手单手指的独立运动.腱驱动假手手指由驱动腱、钢丝轮、3个指节、3个关节及关节扭簧等构成,关节扭簧实现关节的预紧和腱松弛后关节的回复运动.对弹簧刚度进行优化设计,实现腱驱动的手指各关节的顺序弯曲及手指的大抓握.分析了手指抓取时各指节所受接触力与钢丝轮驱动力矩之间的关系.建立了手指的动力学模型,得到手指的动力学方程.数值计算与仿真分析比较证明了理论计算的正确性,手指运动及抓握实验证明了该种结构手指的可行性.腱驱动的假手手指具有零件少、结构简单、可靠性高等优点,为多自由度假手的研制提供了有利条件. 展开更多
关键词 假手 手指结构 腱驱动 欠驱动 手指动力学模型
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空间五指灵巧手单指控制系统设计 被引量:1
7
作者 王小涛 韩运峥 +2 位作者 王邢波 韩亮亮 曹雯 《科学技术与工程》 北大核心 2015年第17期150-153,共4页
空间五指灵巧手是空间仿人机器人的重要组成部分之一,用于实现空间站载荷组装、模块更换和空间精密操作等任务。主要介绍了单指的控制系统,采用N+1型腱驱动方案和阻抗控制来实现单指的位置控制和接触力控制。单指控制实验结果验证了控... 空间五指灵巧手是空间仿人机器人的重要组成部分之一,用于实现空间站载荷组装、模块更换和空间精密操作等任务。主要介绍了单指的控制系统,采用N+1型腱驱动方案和阻抗控制来实现单指的位置控制和接触力控制。单指控制实验结果验证了控制系统的可行性。 展开更多
关键词 空间五指灵巧手 控制系统 腱驱动 阻抗控制 接触力
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旋翼无人机仿生栖息机械臂设计 被引量:5
8
作者 刘九庆 刘凡 朱斌海 《森林工程》 北大核心 2024年第4期150-159,共10页
为满足旋翼无人机执行林区内定点监测、侦查等任务,通过对鸟类栖息过程研究及腿足仿生研究,设计一种仿生栖息机械臂。对整机进行模块化设计及运动学分析,腿部模块使用机械系统动力学自动分析(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical ... 为满足旋翼无人机执行林区内定点监测、侦查等任务,通过对鸟类栖息过程研究及腿足仿生研究,设计一种仿生栖息机械臂。对整机进行模块化设计及运动学分析,腿部模块使用机械系统动力学自动分析(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems,ADAMS)进行运动学轨迹仿真,爪部模块使用D-H(Denavit-Hartenberg)参数法取得趾尖运动学方程,通过MATLAB仿真得到爪部模块趾尖的工作空间点云分布。制作样机搭建试验系统,分别对趾部活动范围以及整机栖息能力进行试验验证。该设计结构简单,易操控,可完成试验室阶段的栖息行为。 展开更多
关键词 仿生设计 栖息机构 绳驱动 计算机仿真
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套索驱动空心杆机器人结构设计 被引量:1
9
作者 张素梅 王兴松 奚如如 《机械设计》 CSCD 北大核心 2012年第6期48-51,57,共5页
介绍了套索传动特性,确定了套索驱动空心杆机器人传动系统。根据不同使用场合和不同需要确定了两套结构方案,并用SolidWorks三维绘图软件分别进行结构设计建模。该机器人连续细长、结构简单轻便,可用于灾后废墟中的搜救、大型结构和设... 介绍了套索传动特性,确定了套索驱动空心杆机器人传动系统。根据不同使用场合和不同需要确定了两套结构方案,并用SolidWorks三维绘图软件分别进行结构设计建模。该机器人连续细长、结构简单轻便,可用于灾后废墟中的搜救、大型结构和设备检测检修等需要在狭小空间内作业的场合。 展开更多
关键词 套索驱动 空心杆机器人 结构设计
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气动人工肌肉驱动三自由度球面并联机器人关节的位置控制研究 被引量:1
10
作者 范伟 彭光正 +1 位作者 高建英 宁汝新 《液压气动与密封》 2003年第6期1-5,共5页
将气动人工肌肉驱动器应用于柔索驱动三自由度球面并联机器人关节 ,介绍了该机器人关节的运动学模型 ,提出了一种简便的轨迹规划方法 ,建立了关节的实验测控系统 ,应用智能PID算法控制气动人工肌肉的位置从而实现对关节末端的位置控制 ... 将气动人工肌肉驱动器应用于柔索驱动三自由度球面并联机器人关节 ,介绍了该机器人关节的运动学模型 ,提出了一种简便的轨迹规划方法 ,建立了关节的实验测控系统 ,应用智能PID算法控制气动人工肌肉的位置从而实现对关节末端的位置控制 ,在现有的实验条件下 ,取得了比较满意的控制结果。 展开更多
关键词 气动人工肌肉驱动器 三自由度球面并联机器人 关节 柔索驱动 位置控制
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基于微梁理论的线驱动仿生章鱼臂角度控制
11
作者 吴秋轩 袁文婷 迟晓妮 《华中科技大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第S1期389-392,共4页
基于cosserat梁理论对线驱动型章鱼臂进行数学建模,利用Matlab实现手臂弯曲角度控制.在建立三维稳态章鱼操作臂的基础上,通过微分方程描述手臂形变,快速响应输入,并输出期望弯曲角度.利用相关性分析得到输入曲线斜率和输出章鱼臂曲线斜... 基于cosserat梁理论对线驱动型章鱼臂进行数学建模,利用Matlab实现手臂弯曲角度控制.在建立三维稳态章鱼操作臂的基础上,通过微分方程描述手臂形变,快速响应输入,并输出期望弯曲角度.利用相关性分析得到输入曲线斜率和输出章鱼臂曲线斜率的相关性为0.901 8,验证该方法有较高准确度,具有实际意义.该建模方法具有一般性,适用于其他种类的线驱动型操作臂. 展开更多
关键词 章鱼臂 微梁理论 线驱动 三维稳态模型 角度控制
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Function-oriented optimization design method for underactuated tendon-driven humanoid prosthetic hand
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作者 Yue ZHENG Xiangxin LI +1 位作者 Lan TIAN Guanglin LI 《Frontiers of Mechanical Engineering》 SCIE CSCD 2022年第3期75-89,共15页
The loss of hand functions in upper limb amputees severely restricts their mobility in daily life.Wearing a humanoid prosthetic hand would be an effective way of restoring lost hand functions.In a prosthetic hand desi... The loss of hand functions in upper limb amputees severely restricts their mobility in daily life.Wearing a humanoid prosthetic hand would be an effective way of restoring lost hand functions.In a prosthetic hand design,replicating the natural and dexterous grasping functions with a few actuators remains a big challenge.In this study,a function-oriented optimization design(FOD)method is proposed for the design of a tendon-driven humanoid prosthetic hand.An optimization function of different functional conditions of full-phalanx contact,total contact force,and force isotropy was constructed based on the kinetostatic model of a prosthetic finger for the evaluation of grasping performance.Using a genetic algorithm,the optimal geometric parameters of the prosthetic finger could be determined for specific functional requirements.Optimal results reveal that the structure of the prosthetic finger is significantly different when designed for different functional requirements and grasping target sizes.A prosthetic finger was fabricated and tested with grasping experiments.The mean absolute percentage error between the theoretical value and the experimental result is less than 10%,demonstrating that the kinetostatic model of the prosthetic finger is effective and makes the FOD method possible.This study suggests that the FOD method enables the systematic evaluation of grasping performance for prosthetic hands in the design stage,which could improve the design efficiency and help prosthetic hands meet the design requirements. 展开更多
关键词 function-oriented tendon driven prosthetic hand OPTIMIZATION HUMANOID UNDERACTUATED
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肌腱驱动连续体/软体机器人控制策略 被引量:21
13
作者 王红红 杜敬利 保宏 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2020年第5期626-640,共15页
深入分析了为肌腱驱动连续体机器人开发的各种控制器,以作为肌腱驱动连续体机器人领域未来应用的参照.控制策略分为基于模型的控制和无模型控制,其中,基于模型的控制可分为静态控制、动态控制及几何运动学模型控制;而无模型控制是一个... 深入分析了为肌腱驱动连续体机器人开发的各种控制器,以作为肌腱驱动连续体机器人领域未来应用的参照.控制策略分为基于模型的控制和无模型控制,其中,基于模型的控制可分为静态控制、动态控制及几何运动学模型控制;而无模型控制是一个相对未知的领域,本文主要从无模型静态控制、无模型动态控制及无模型形状感知控制3个方面进行全面分析.最后,对基于模型和无模型的各种控制策略进行了综合评价,并对该领域未来的研究方向进行了展望. 展开更多
关键词 软体机器人 连续体机器人 运动控制 肌腱驱动 控制策略
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新型多自由度假手的研制 被引量:3
14
作者 高一夫 刘伊威 刘宏 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2010年第6期799-804,共6页
介绍了一种新型多自由度假手的机械结构、运动方式及其静力学分析.假手的主要结构部件由光敏树脂制成,使用小型直流伺服电机作为驱动器.手指采用欠驱动及腱驱动方式.该假手具有拟人的外观、较低的整体重量和对被抓物体外形的适应能力.... 介绍了一种新型多自由度假手的机械结构、运动方式及其静力学分析.假手的主要结构部件由光敏树脂制成,使用小型直流伺服电机作为驱动器.手指采用欠驱动及腱驱动方式.该假手具有拟人的外观、较低的整体重量和对被抓物体外形的适应能力.文章研究了假手的运动特点及接触力规律,通过仿真对假手的接触受力规律进行了校验.最后通过实验,对假手的运动规律与抓握能力进行了验证. 展开更多
关键词 假手 欠驱动 腱驱动
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套索驱动空心杆机器人结构及运动学分析
15
作者 张素梅 王兴松 《林业机械与木工设备》 2012年第4期45-48,共4页
确定了套索驱动空心杆机器人传动系统,并用SolidWorks三维绘图软件对机器人进行结构设计,采用D-H法建立位姿矩阵,对该机器人进行运动学分析,并给出控制方案。该机器人结构简单轻便,可用于大型结构、设备的检测清理、灾后废墟中的搜救等... 确定了套索驱动空心杆机器人传动系统,并用SolidWorks三维绘图软件对机器人进行结构设计,采用D-H法建立位姿矩阵,对该机器人进行运动学分析,并给出控制方案。该机器人结构简单轻便,可用于大型结构、设备的检测清理、灾后废墟中的搜救等需要在狭小空间内作业的场合。 展开更多
关键词 套索驱动 十字轴 杆式机器人 结构设计 运动学分析
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基于腱驱动的空间多指灵巧手的位置/腱张力混合控制 被引量:3
16
作者 冯敦超 王小涛 韩亮亮 《航天控制》 CSCD 北大核心 2014年第6期57-62,共6页
现有的腱驱动空间多指灵巧手通过对每一根腱施加独立的张力实现力控制,忽略了腱绳耦合运动的影响。针对"N+1"型腱驱动多指灵巧手系统内腱绳运动和腱张力耦合的问题,采用关节转矩到腱张力映射的方式解决,同时加入位置控制,构... 现有的腱驱动空间多指灵巧手通过对每一根腱施加独立的张力实现力控制,忽略了腱绳耦合运动的影响。针对"N+1"型腱驱动多指灵巧手系统内腱绳运动和腱张力耦合的问题,采用关节转矩到腱张力映射的方式解决,同时加入位置控制,构成位置/腱张力混合控制系统,实现腱驱动灵巧手的主动柔顺控制。"Matlab+ADAMS"联合仿真结果验证了算法的可行性。 展开更多
关键词 空间多指灵巧手 腱驱动 N+1 腱张力 柔顺控制
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过顶作业外肢体机器人结构设计与补偿控制研究 被引量:2
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作者 刘珂铭 陈柏 +4 位作者 徐嘉骏 蒋素荣 刘德斌 常天佐 白东明 《Transactions of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics》 EI CSCD 2023年第6期727-737,共11页
为了提高航空装配的效率,开发了一种外肢体机器人用于飞机舱内的过顶作业。外肢体机器人(Supernumerary robotic limbs,SRLs)通过安装在人类肩膀上的三自由度机械臂,协助工人支撑天花板,实现单人作业,这种方法取代了原来的双人作业模式... 为了提高航空装配的效率,开发了一种外肢体机器人用于飞机舱内的过顶作业。外肢体机器人(Supernumerary robotic limbs,SRLs)通过安装在人类肩膀上的三自由度机械臂,协助工人支撑天花板,实现单人作业,这种方法取代了原来的双人作业模式,降低了劳动成本,减少了工人的负担。为提升穿戴舒适性与环境适应性,分别设计了柔性鞍座与柔性末端执行器;同时,通过3种手段实现人机系统的安全性,包括设计碰撞检测外壳、选择套索传动的绳驱动解耦方式和限制关节转角。针对辅助过顶支撑作业中动基座问题对外肢体位置/力控制造成的干扰,构建了人机共融运动学模型,基于此设计了位置补偿控制算法,同时基于导纳控制原理设计了力补偿控制算法。实验测试结果表明,所设计的位置补偿算法使末端位置误差较原始误差减小74%以上,力控补偿算法可控制外肢体单臂以5 N的目标力恒定输出,满足其作业需求。 展开更多
关键词 外肢体机器人 结构设计 绳驱动 位置补偿 导纳控制
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腱绳驱动机械手的设计及其柔性抓取控制 被引量:8
18
作者 徐光宇 汤卿 王丽霞 《机电工程》 CAS 北大核心 2023年第10期1550-1557,共8页
为了实现机械手稳定的自适应抓取目的,需要加强对抓取信息的感知处理,同时设计柔顺的力控抓取算法。针对不同尺寸、外形、材质的物体对抓取姿态和力度要求各异的问题,提出了一种腱绳驱动的柔性三指机械手方案及对应的柔性抓取力控算法(... 为了实现机械手稳定的自适应抓取目的,需要加强对抓取信息的感知处理,同时设计柔顺的力控抓取算法。针对不同尺寸、外形、材质的物体对抓取姿态和力度要求各异的问题,提出了一种腱绳驱动的柔性三指机械手方案及对应的柔性抓取力控算法(导纳力控算法)。首先,设计了一种腱绳驱动柔性机械手指,提出了一种往复式缠绕的腱绳传动线路,制作了柔性机械手的实物;其次,采用改进Denavit-Hartenberg(DH)法,建立了机械手指的运动学模型,利用MATLAB的机器人工具箱,分析了手指的自适应包络能力;然后,设计了适配机械手驱动的导纳控制算法,通过在实物上的程序实现和控制测试对机械手的柔性力控性能进行了验证;最后,搭建了柔性机械手的软件控制平台和实机实验平台,对不同目标物体进行了实物抓取实验,对柔性机械手的稳定抓取能力进行了验证。研究结果表明:该往复式缠绕传动线路和导纳力控算法可保证该机械手在面对不同尺寸、外形、材质的物体时,具有抓取形状的高自适应性和抓取力的高柔顺性;在抓取过程中,机械手的手指可以自适应地包络目标,并借助导纳控制算法柔顺地控制抓取力,进而完成稳定、可靠的抓取任务。 展开更多
关键词 机械手指 腱绳驱动 自适应抓取 导纳控制算法 柔性抓取 往复式缠绕传动线路 Denavit-Hartenberg
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可操纵导管在神经介入治疗中的研究进展 被引量:3
19
作者 崔晟岩 杨宜璠 +1 位作者 罗继昌 焦力群 《中国脑血管病杂志》 CAS CSCD 北大核心 2024年第7期480-485,共6页
近年来,血管内介入治疗因其创伤小、恢复快的优势,已经成为治疗脑血管疾病的一种重要手段。导管作为介入治疗重要的手术器械,常常需要通过精确控制头端,以通过血管迂曲的位置。传统导管存在着头端形状固定、近端力矩传导受限、操控困难... 近年来,血管内介入治疗因其创伤小、恢复快的优势,已经成为治疗脑血管疾病的一种重要手段。导管作为介入治疗重要的手术器械,常常需要通过精确控制头端,以通过血管迂曲的位置。传统导管存在着头端形状固定、近端力矩传导受限、操控困难等缺点,这增加了患者介入手术的并发症发生风险,且延长了手术暴露时间。随着材料学和工程学的飞速发展,可操纵导管开始应用于临床介入治疗,使精准“控弯”成为可能。该文系统性阐述了可操纵导管的分类,着重介绍其在神经介入治疗领域的运用,并对可操纵导管的未来发展进行展望。 展开更多
关键词 介入治疗 可操纵导管 拉线驱动 磁导航驱动 软材料驱动 综述
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