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Kresling折纸隔振器的理论模型与试验研究
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作者 徐培迪 马洪业 +1 位作者 凌鹏 严博 《振动工程学报》 北大核心 2026年第3期634-642,共9页
为克服线性隔振器在低频隔振中承载能力与隔振频率难以兼顾的问题,可通过引入非线性刚度结构,设计出具有准零刚度特性的隔振器,从而实现良好的低频隔振性能。受Kresling折纸模型(Kresling origami model,KOM)的启发,设计了一种KOM隔振器... 为克服线性隔振器在低频隔振中承载能力与隔振频率难以兼顾的问题,可通过引入非线性刚度结构,设计出具有准零刚度特性的隔振器,从而实现良好的低频隔振性能。受Kresling折纸模型(Kresling origami model,KOM)的启发,设计了一种KOM隔振器,该隔振器由两个镜像对称的KOM组成。通过能量法求解了KOM隔振器的非线性恢复力,获得了力-位移关系,揭示了准零刚度原理。研究了各结构参数对非线性恢复力的影响,阐明了非线性刚度的调节机制。通过拉格朗日方程,构建了KOM隔振器的动力学模型,采用谐波平衡法求解了系统的频响函数。采取化学雕蚀的方式完成单个KOM的制备,并通过折叠的方式将两个KOM用胶水进行粘连,完成KOM隔振器的制作。通过试验研究了不同负载与不同激励幅值下KOM隔振器的隔振性能。结果表明,KOM隔振器的峰值频率低于3 Hz,且有较宽的隔振频带(>4 Hz)。 展开更多
关键词 非线性隔振 kresling折纸模型 谐波平衡法 非线性刚度调节
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基于Kresling折纸结构的软体管道机器人设计 被引量:1
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作者 韩伟涛 温涛 +1 位作者 刘磊 胡俊峰 《工程设计学报》 北大核心 2025年第1期72-81,共10页
针对传统刚性管道机器人体积大、对非结构化环境适应性差等缺陷,设计了一种基于Kresling折纸结构的软体管道机器人。受蠕动爬行方式启发,软体管道机器人以塔簧-Kresling折纸结构作为伸缩结构,以硅胶摩擦带作为摩擦结构。该机器人的最大... 针对传统刚性管道机器人体积大、对非结构化环境适应性差等缺陷,设计了一种基于Kresling折纸结构的软体管道机器人。受蠕动爬行方式启发,软体管道机器人以塔簧-Kresling折纸结构作为伸缩结构,以硅胶摩擦带作为摩擦结构。该机器人的最大负载为自身质量的5.9倍,最大水平爬行速度为25.14mm/s,在垂直管道中的爬行速度可达9.96mm/s。随后,分析了伸缩结构类型,Kresling折纸结构的收缩长度、材质与角度参数以及摩擦力等因素对机器人爬行速度的影响。最后,制作了机器人样机并通过实验展示了机器人在不同内径、倾斜角度、形状的管道中爬行的可行性。结果表明,所设计的机器人具有良好的适应性和灵活性,能利用Kresling折纸结构的柔顺性来适应复杂管道环境,这为管道探测、检修等应用提供了新颖的方式。 展开更多
关键词 kresling折纸结构 软体管道机器人 伸缩结构 摩擦结构 柔顺性
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基于Kresling折纸结构的气动爬壁机器人设计与性能分析
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作者 楚凯 张宇 +3 位作者 王家梁 周浩 舒申 胡俊峰 《工程设计学报》 北大核心 2025年第2期182-190,共9页
以柔性材料为主体的软体爬壁机器人可通过被动变形或主动变形来改变自身形状,以适应复杂的壁面环境。但由于柔性材料的低刚度和滞后性,现有软体爬壁机器人普遍存在驱动力不足及运动稳定性差的问题,严重制约了其实际应用。针对该问题,基... 以柔性材料为主体的软体爬壁机器人可通过被动变形或主动变形来改变自身形状,以适应复杂的壁面环境。但由于柔性材料的低刚度和滞后性,现有软体爬壁机器人普遍存在驱动力不足及运动稳定性差的问题,严重制约了其实际应用。针对该问题,基于Kresling折纸结构设计了一种可灵活爬行的气动爬壁机器人。该机器人由锚定模块和伸缩模块组成,锚定模块利用吸盘在负压状态下的吸附作用来实现在壁面上的锚定,伸缩模块采用以Kresling折纸结构和塑料薄膜封皮为主体的软连续体结构,可实现伸展和收缩。通过实验测得,所设计的机器人可在坡度为0°~90°的光滑壁面上实现速度为25~28 mm/s的稳定爬行,且对不同材质的壁面均具有良好的适应性。结果表明,基于Kresling折纸结构的气动爬壁机器人不仅能够在不同坡度、不同材质的壁面上双向爬行,还能基于伸缩模块的柔顺性在壁面上灵活转弯,这可为软体爬壁机器人的设计和优化提供新思路。 展开更多
关键词 软体爬壁机器人 软连续体结构 kresling折纸结构 适应性 双向爬行
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Magnetically-actuated intracorporeal biopsy robot based on Kresling Origami 被引量:1
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作者 Long Huang Tingcong Xie Lairong Yin 《Theoretical & Applied Mechanics Letters》 2025年第1期49-56,共8页
The introduction of wireless capsule endoscopy has brought a revolutionary change in the diagnostic procedures for gastrointestinal disorders.Biopsy,an essential procedure for disease diagnosis,has been integrated int... The introduction of wireless capsule endoscopy has brought a revolutionary change in the diagnostic procedures for gastrointestinal disorders.Biopsy,an essential procedure for disease diagnosis,has been integrated into robotic capsule endoscopy to augment diagnostic capabilities.In this study,we propose a magnetically driven biopsy robot based on a Kresling origami.Considering the bistable properties of Krelsing origami and the elasticity of the creases,a foldable structure of the robot with constant force characteristics is designed.The folding motion of the structure is used to deploy the needle into the target tissue.The robot is capable of performing rolling motion under the control of an external magnetic drive system,and a fine needle biopsy technique is used to collect deep tissue samples.We also conduct in vitro rolling experiments and sampling experiments on apple tissues and pork tissues,which verify the performance of the robot. 展开更多
关键词 kresling origami Fine needle biopsy Magnetic actuation Constant force characteristics
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Kresling和Miura折痕混合型三指机械手的运动学分析及其设计 被引量:5
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作者 杨慧 汪祥 +1 位作者 乔尚岭 刘荣强 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2022年第1期35-44,共10页
提出了一种基于Kresling和Miura折痕的混合型三指机械手,该手具有抓取范围大、结构简单和灵活性高的特点。首先,对Kresling折痕进行几何分析,建立了Kresling折痕参数与应变能之间的关系方程。利用坐标法建立了多层Miura折纸单元的力矩... 提出了一种基于Kresling和Miura折痕的混合型三指机械手,该手具有抓取范围大、结构简单和灵活性高的特点。首先,对Kresling折痕进行几何分析,建立了Kresling折痕参数与应变能之间的关系方程。利用坐标法建立了多层Miura折纸单元的力矩与指节长宽比之间的关系方程;在此基础上利用虚功原理建立了混合型单元的各个参数之间关系的数学模型,并采用D-H(Denavit-Hartenberg)坐标法计算出末端点的分布来确定机械手的工作空间;采用力矩平衡的方法,分析了机械手对圆柱体和长方体分别进行指尖抓取和包络抓取的情况,得出了各接触力与各关节角之间的关系。 展开更多
关键词 机器人 混合型折纸机械手 kresling折痕 Miura折痕 动力学分析
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A Kresling origami metamaterial with reprogrammable shock stiffness
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作者 Ruiwei Liu Yantong Huang +3 位作者 Manjia Su Chenxiao Li Beibin Liang Chunlong Wang 《Theoretical & Applied Mechanics Letters》 CAS CSCD 2024年第4期314-320,共7页
Using origami folding concepts to design novel mechanical metamaterials has recently become a prevalent framework.Inspired by the Kresling origami structure,this study proposes a double-layer Kresling origami metamate... Using origami folding concepts to design novel mechanical metamaterials has recently become a prevalent framework.Inspired by the Kresling origami structure,this study proposes a double-layer Kresling origami metamaterial with reprogrammable shock stiffness.Two combination strategies are constructed,each with different geometric constraints and kinematic compatibility.They are identified as assigned with same torsion direction(ASTD)and assigned with opposite torsion direction(AOTD),respectively.The shock stiffness of two double-layer Kresling origami metamaterials is analyzed using the finite element method,and results indicate that the AOTD metamaterial has superior impact resistance.Furthermore,the programmability of shock stiffness of the metamaterial is carried out comprehensively,and the influence of each design parameter is exhibited in detail.Finally,two prototypes of ASTD and AOTD metamaterials are fabricated,and experimental tests verify the analysis outcomes.This study provides a new approach to constructing mechanical metamaterials with reprogrammable shock stiffness for applications in energy absorption and vibration isolation engineering. 展开更多
关键词 kresling origami Double-layer kresling structure Shock stiffness Impact resistance METAMATERIAL
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基于Kresling折纸构型的空间结构可控失稳模式研究 被引量:6
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作者 喻莹 徐新卓 罗尧治 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2021年第8期75-84,共10页
基于Kresling折纸构型的空间结构受压时会发生多种失稳模式。为了实现破坏模式可控的智能结构,该文采用有限质点法对基于Kresling折纸构型的空间结构的失稳模式进行研究,提出通过调节该结构材料、预应力和结构布置的方法对结构刚度和失... 基于Kresling折纸构型的空间结构受压时会发生多种失稳模式。为了实现破坏模式可控的智能结构,该文采用有限质点法对基于Kresling折纸构型的空间结构的失稳模式进行研究,提出通过调节该结构材料、预应力和结构布置的方法对结构刚度和失稳模式进行控制。该文建立了采用有限质点法进行索、杆、膜结构计算的基本流程,通过对Kresling双稳态失稳模式的分析验证了分析方法的有效性。对Kresling索杆模型、索杆膜模型、嵌套模型的失稳模式进行了分析,研究了弹性模量、预应力水平和结构布置对结构失稳模式和结构应变能的影响。实现了双层Kresling模型的失稳模式控制,为设计破坏可控的智能结构提供了一种新的方法。 展开更多
关键词 有限质点法 向量式力学 kresling折纸构型 可控失稳 索杆膜模型
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Self-powered triboelectric-electromagnetic composite sensor based on Kresling structure for AIoT-assisted rehabilitation applications
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作者 Liang Xu Long Li +6 位作者 Tianhong Wang Sicheng Yi Chenhao Zhang Yingzhong Tian Tao Jin Quan Zhang Chengkuo Lee 《InfoMat》 2026年第1期126-144,共19页
The rapid growth of the aging population and the rising prevalence of motor disorders demand intelligent,user-centric rehabilitation technologies.Integrating artificial intelligence and the Internet of Things(AIoT)int... The rapid growth of the aging population and the rising prevalence of motor disorders demand intelligent,user-centric rehabilitation technologies.Integrating artificial intelligence and the Internet of Things(AIoT)into sensor devices offers a powerful means of capturing limb motion data and assisting rehabilitation,thereby helping patients regain confidence and functional independence.This work presents a self-powered sensor based on a Kresling-structured thermoplastic polyurethane(TPU)substrate that integrates triboelectric nanogenerators(TENGs)and electromagnetic generators(EMGs).Optimizing the Kresling geometry and stiffness of the Kresling structure achieves high adaptability to human motion and high-sensitivity monitoring.The bistable design enables synergistic TENG-EMG signal outputs under axial compression and circumferential torsion,leveraging TENG sensitivity and EMG stability for reliable low-frequency motion detection.Using machine learning framework extracts multi-scale motion features,enabling identity verification,limb activity monitoring,and precise wrist tracking with classification accuracy all above 98%.Based on composite sensor signals and human-machine interaction(HMI),immersive and assistive wrist rehabilitation training is achieved through real-time feedback and applications such as claw machine.Additionally,interactive platforms including a“Dancing Machine”and a“Driving Simulator”integrate the sensor to explore brain-body collaborative rehabilitation.This work provides a low-cost,energy-efficient,and scalable solution for next-generation intelligent rehabilitation,paving the way for personalized,immersive,and user-centric therapy systems. 展开更多
关键词 assisted rehabilitation healthcare human-machine interaction kresling structure machine learning triboelectric-electromagnetic sensor
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A bio-inspired intestine robot utilizing soft origami Kresling structures to imitate peristaltic wave motion and transport
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作者 Manjia Su Beibin Liang +6 位作者 Haoxu Chen Jing Lan Jinhui Zhou Hua Zhong Yijiong Lin Chunlong Wang Ruiwei Liu 《Biomimetic Intelligence & Robotics》 2026年第1期112-123,共12页
This paper presents a single-drive bio-inspired intestine robot that leverages the coupled rotational-contraction dynamics of Kresling origami structures and unidirectional valves to replicate intestinal peristalsis f... This paper presents a single-drive bio-inspired intestine robot that leverages the coupled rotational-contraction dynamics of Kresling origami structures and unidirectional valves to replicate intestinal peristalsis for directional transport.The minimalist design,comprising a servo motor,antagonistic chiral Kresling units,and check valves,enables continuous peristaltic wave propagation through reciprocal torsional input.Experimental validation demonstrates exceptional performance:transport speeds up to 20.91 mm/s,load capacity exceeding 97 g,and adaptability to objects spanning 32-46 mm in diameter across inclinations of 0°-90°.Key innovations include:(1)Biomechanical mimicry through antagonistic chiral units that convert rotation into radial contractions,replicating segmented intestinal propulsion;(2)Performance breakthroughs in speed and payload,enabled by efficient energy transfer from torsional kinematics;and(3)Valve-enabled directionality ensuring net forward displacement.Theoretical analysis establishes geometric constraints for valve-mediated transport,explaining the optimized operating range via valve aperture dynamics and material compliance.This work advances gastrointestinal robotics by addressing critical limitations in existing simulators:complex actuation,slow transport,and directional instability,providing a robust platform for medical applications such as segment artificial intestines replacement. 展开更多
关键词 Bio-intestine robot kresling structure Peristaltic wave Artificial intestine development
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六棱柱模块化可展开薄膜遮光罩设计与分析
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作者 田大可 张立永 +3 位作者 王永滨 方纪收 金路 刘荣强 《航空学报》 北大核心 2025年第18期302-317,共16页
空间可展开遮光罩是抑制消除杂散光、防止外热流进入、提高光学系统成像质量的关键航天装备,是空间科学、深空探测等学术研究和实际应用的前沿与热点。针对探月、探火、星际探测等对大尺度、高收纳率遮光罩的迫切需求,提出一种可实现尺... 空间可展开遮光罩是抑制消除杂散光、防止外热流进入、提高光学系统成像质量的关键航天装备,是空间科学、深空探测等学术研究和实际应用的前沿与热点。针对探月、探火、星际探测等对大尺度、高收纳率遮光罩的迫切需求,提出一种可实现尺度灵活拓展的模块化可展开柱状遮光罩构型方案。首先,基于模块化思想,以Sarrus机构为基本构型开展了冗余驱动可展开支撑机构刚柔耦合多体系统设计,阐述了机构展收及锁定刚化机理,并采用空间几何坐标法分析了机构展开过程中关键节点的运动规律;其次,采用ABAQUS仿真软件建立了不同参数下单层可展开薄膜收拢态有限元模型,探究了不同参数对薄膜结构展开过程力学特性的影响规律,优选确定出最终设计参数,并开展了多层薄膜展开过程动力学仿真,分析了展开过程薄膜应力变化规律;再次,建立了遮光罩整体完全展开态有限元模型,开展了结构模态分析,研究了固有频率及振型变化规律;最后,研制了多模块遮光罩原理样机,并在微重力试验装置上对遮光罩进行了展开功能试验。研究结果表明:所设计的遮光罩能够有效实现展开与锁定功能,机构与薄膜展开过程协调、无干涉,验证了所提原理及方案的正确性。该研究可为同类航天器遮光罩的研究提供理论基础和技术参考。 展开更多
关键词 模块化结构 薄膜遮光罩 运动学分析 kresling折纸 结构设计
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基于折纸元素的改进型橡胶隔振支座研究 被引量:1
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作者 王超 叶震 +1 位作者 王玉涛 蔡建国 《机械设计与制造工程》 2022年第6期93-97,共5页
为解决因橡胶自身刚度较大,导致橡胶隔振支座作为被动隔振器在低频隔振上效果较差的问题,提出了一种基于折纸构型中Kresling双稳态子构型的橡胶隔振支座的附加装置。有限元仿真分析表明,基于折纸元素的改进型橡胶隔振支座有效降低了低... 为解决因橡胶自身刚度较大,导致橡胶隔振支座作为被动隔振器在低频隔振上效果较差的问题,提出了一种基于折纸构型中Kresling双稳态子构型的橡胶隔振支座的附加装置。有限元仿真分析表明,基于折纸元素的改进型橡胶隔振支座有效降低了低频刚度,相比普通支座具有更优的低频隔振性能,有效拓宽了橡胶隔振支座的适用范围。 展开更多
关键词 kresling折纸构型 准零刚度 橡胶隔振支座 低频隔振
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折纸启发的软体机器人流体逻辑控制方法研究
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作者 王亢 暴文婧 +2 位作者 胡慧娟 李龙 田应仲 《计量与测试技术》 2024年第11期79-81,85,共4页
在软体机器人流体驱动系统中,通常是通过单片机系统控制传统硬电磁阀,实现多样化的运动,但刚性结构与软体机器人的柔性特征不匹配,因此3D打印技术成为制造软体阀控元件的选择。本文利用3D打印Kresling折纸结构在负压作用下的Snap-throug... 在软体机器人流体驱动系统中,通常是通过单片机系统控制传统硬电磁阀,实现多样化的运动,但刚性结构与软体机器人的柔性特征不匹配,因此3D打印技术成为制造软体阀控元件的选择。本文利用3D打印Kresling折纸结构在负压作用下的Snap-through特性和折纸结构大折展比的特点,制造了一种可驱动运动、计算逻辑的软体阀门,并配置流体逻辑门,实现对软体机器人高效、灵活且智能的控制。 展开更多
关键词 3D打印 kresling折纸 软体阀门 流体逻辑门
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A Wrist-Inspired Magneto-Pneumatic Hybrid-Driven Soft Actuator with Bidirectional Torsion
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作者 Yan Xu Kaiwen Ju Chao Zhang 《Cyborg and Bionic Systems》 2024年第1期590-599,共10页
A novel wrist-inspired soft actuator,which is driven by a magneto-pneumatic hybrid system and based on a Kresling origami unit,is proposed.The geometric model,kinematic analysis model,and quasistatic analysis model of... A novel wrist-inspired soft actuator,which is driven by a magneto-pneumatic hybrid system and based on a Kresling origami unit,is proposed.The geometric model,kinematic analysis model,and quasistatic analysis model of the Kresling origami unit are presented.A key focus is on the formulation and investigation of the variation in rotation angle using the kinematic analysis model.A wrist-inspired soft actuator is designed,and its quasistatic characteristics are validated through various experiments.The paper proposes an innovative magneto-pneumatic hybrid actuation method,capable of achieving bidirectional torsion.This actuation method is experimentally validated,demonstrating the actuator's ability to maintain 3 steady states and its capability for bidirectional torsion deformation.Furthermore,the paper highlights the potential of the Kresling origami unit in designing soft actuators capable of achieving large rotation angles.For instance,an actuator with 6 sides(n=6)is shown to achieve a rotation angle of 239.5°,and its rotation ratio exceeds 277°,about twice the largest one reported in other literature.The actuator offers a practical and effective solution for bidirectional torsion deformation in soft robotic applications. 展开更多
关键词 quasistatic characteristics geometric modelkinematic analysis modeland magneto pneumatic hybrid kresling origami unit formulation investigation variation rotation angle wrist inspired actuator quasistatic analysis model kinematic analysis modela
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