与由电机驱动的机器人相比,由智能材料[1 ,2 ] 驱动的柔性机器人具有灵活性好、体积小、质量轻、环境适应性好、噪声低等优势.柔性机器人对工作条件受限的环境具有良好的适应能力,可广泛用于家庭服务、灾难救护、教育娱乐、医学和太空探索等许多领域,在未来这些应用领域中将会占有十分重要的地位.柔性机器人一般采用气动、离子交换聚合物、形状记忆合金(SMA)[3 ,4 ,5 ] 、形状记忆聚合物[6 ] 、响应水凝胶[7 ,8 ] 等驱动方式并由柔性材料来做支撑结构.McMahan等[9 ] 研制出一种仿章鱼触手的连续型机器人OctArm,该机器人可以抓取形状复杂的物体,并且可以在相对受限的工作环境下运动.韩国汉阳大学Choi等[10 ] 设计研制出一种弹簧骨架支撑的连续型内窥镜机器人.该机器人通过弹簧支架支撑,弹簧支架的作用是保持机器人的形状和为弯曲运动提供弯曲刚度的作用,其运动通过柔性臂内部的3根驱动绳索协调运动而实现.哈尔滨工业大学的胡海燕等[11 ] 研制出的机器人用于结肠镜检查,此连续机器人通过NiTi合金丝驱动线驱动两个机器人单元,可实现平面与空间内弯曲.
准确的运动学和动力学分析对于理解机器人的机理和控制至关重要.常规的建模方法有牛顿-欧拉法[12 ,13 ] 和拉格朗日动力学方法[14 ,15 ] .拉格朗日动力学方程是基于机械系统能量对系统变量(位移、速度等)以及时间的微分所建立的.在机械系统结构比较简单、自由度比较少的情况下,拉格朗日方程法可能会比牛顿-欧拉方程法复杂,但是随着机械系统越来越复杂、自由度越来越多,用拉格朗日方程法对机械系统进行动力学建模与分析变得比牛顿-欧拉方程法更加简单.丁希仑等[16 ] 提出一种多连杆复杂的柔性臂系统动力学建模方法——D-Holzer法,用该法推导了两连杆柔性臂系统的动力学模型.但由于空间柔性操控臂采用形状记忆合金弹簧驱动,且SMA具有很强的非线性,导致机构的动力学方程推导和求解变得较为复杂.前人的文献研究并无带有SMA弹簧的动力学研究,导致对使用SMA弹簧驱动的软体机器人动力学分析没有足够的了解.
本文以八面体桁架为理论基础,设计一种基于SMA弹簧驱动的柔性驱动模块.基于拉格朗日动力学建模方法,并结合SMA弹簧的本构模型获得动力学普遍方程.通过Adams仿真,计算出关节转动角度与SMA弹簧长度.通过算例分析SMA弹簧在不同关节转动下的动力响应,为后续SMA弹簧控制和柔性操控臂的实验研究奠定基础.
1 空间柔性操控臂结构设计
结合串联机构与并联机构各自的优点,贾林睿等[17 ] 设计了一种八面体单元组成的变几何桁架式机构,具有高刚度以及大运动空间的特点.八面体桁架是由多个正八面体桁架结构组成,相邻两节呈对称关系.以相邻的两个正八面体的共用面作为驱动面,通过主动驱动器改变驱动面3根杆件的长度以实现结构几何的形状改变.
通过改变驱动面与驱动方式,提出如图1 所示的柔性操控臂模块.柔性臂主结构由光敏树脂3D打印而成,每个柔性臂主结构有3个分支以120° 间隔圆周分布.上部分主结构绕球铰O 点转动.每个分支末端有设计好的小孔,将SMA弹簧嵌入对应的小孔中,柔性操控臂单元有6根SMA弹簧.
图1
图1
柔性操控臂模块
Fig.1
Flexible manipulator unit
柔性操控臂模块仍为八面体结构,SMA弹簧侧面驱动.通过改变SMA弹簧的温度来控制SMA弹簧长度,从而驱动结构转动.
2 动力学分析
拉格朗日力学在处理力学体系时,将力学体系作为一个整体考虑,由力学体系的特征选定广义坐标并写出系统总的动能 E k 、势能 V 及拉格朗日函数 L = E k - V . 拉格朗日函数包含了力学体系的所有信息,包括约束、运动状态、能量、相互作用等,是十分重要的物理量.拉格朗日方程组具有约束越多,方程组个数越少的优点.拉格朗日方程的建立步骤固定,所有系统都具有统一简单的形式,力学体系的不同归结为拉格朗日函数的不同,因而容易掌握且不易出错,即拉格朗日力学在建立方程过程中具有“整体”、“分析”和“标量”的特点.拉格朗日法不仅能以最简单的形式求得非常复杂的系统动力学方程,而且具有显式结构.本节将采用拉格朗日法推导相应的动力学方程,分析柔性操控臂的动力学特性.
2.1 运动学
所建立的柔性臂坐标系如图2 所示.其中: O t 为上部结构的中点 ; O B 为底部结构的中点 ; y 轴与 O t S 1 平行 , z 轴与主干 O O t 的中心线重合 , x 轴垂直与平面 yOz ; S 1 、 S 2 、 S 3 为顶部的 3 个弹簧连接点 ; B 1 、 B 2 、 B 3 为底部的 3 个弹簧连接点 ; l 1 ~ l 6 为6根弹簧的长度.
图2
图2
柔性臂坐标系
Fig.2
Coordinate system of flexible manipulator
假设SMA弹簧连接点S 1 、S 2 、S 3 、B 1 、B 2 、B 3 的坐标向量为
(1) S 1 = r t φ 1 θ 1 T S 2 = r t φ 2 θ 2 T S 3 = r t φ 3 θ 3 T
(2) B 1 = r B θ B 30 ° T B 2 = r B θ B 150 ° T B 3 = r B θ B 270 ° T
式中:θ B 为底部的天顶角;r B 为底部结构半径; θ 1 、 θ 2 、 θ 3 为顶部天顶角 ; φ 1 、 φ 2 、 φ 3 为顶部方位角 ; r t 为上部结构半径.
假设绕x 轴的旋转矩阵为Rx ,绕y 轴的旋转矩阵为Ry ,绕z 轴的旋转矩阵为Rz :
(3) R x = 1 0 0 0 cos α - sin α 0 sin α cos α R y = cos β 0 sin β 0 1 0 - sin β 0 cos β R z = cos γ - sin γ 0 sin γ cos γ 0 0 0 1
S 1 点旋转后的坐标为S 1r ,S 2 旋转后的坐标为S 2r ,S 3 旋转后的坐标为S 3r .旋转后的坐标向量可表示为
(4) S 1 r = r t φ 1 r θ 1 r T = R x R y R z S 1 S 2 r = r t φ 2 r θ 2 r T = R x R y R z S 2 S 3 r = r t φ 3 r θ 3 r T = R x R y R z S 3
SMA弹簧长度与旋转后的θi r 与φi r (i =1,2,3)的关系为
(5) l 1 2 = r t sin θ 1 r cos φ 1 r - 3 2 r B sin θ B 2 + r t sin θ 1 r sin φ 1 r - 1 2 r B sin θ B 2 + r t cos θ 1 r - r B cos θ B 2
(6) l 2 2 = r t sin θ 2 r cos φ 2 r + 3 2 r B sin θ B 2 + r t sin θ 2 r sin φ 2 r - 1 2 r B sin θ B 2 + r t cos θ 2 r - r B cos θ B 2
(7) l 3 2 = r t sin θ 3 r cos φ 3 r 2 + r t sin θ 3 r sin φ 3 r + r B sin θ B 2 + r t cos θ 3 r - r B cos θ B 2
(8) l 4 2 = r t sin θ 3 r cos φ 3 r - 3 2 r B sin θ B 2 + r t sin θ 3 r sin φ 3 r - 1 2 r B sin θ B 2 + r t cos θ 3 r - r B cos θ B 2
(9) l 5 2 = r t sin θ 1 r cos φ 1 r + 3 2 r B sin θ B 2 + r t sin θ 1 r sin φ 1 r - 1 2 r B sin θ B 2 + r t cos θ 1 r - r B cos θ B 2
(10) l 6 2 = r t sin θ 2 r cos φ 2 r 2 + r t sin θ 2 r sin φ 2 r + r B sin θ B 2 + r t cos θ 2 r - r B cos θ B 2
2.2 势能与动能
在柔性操控臂初始位置,上圆盘的质心坐标为O c =[x c y c z c ]T .柔性臂转动后的质心O cr =[x cr y cr z cr ]T 可表示为
(11) x cr y cr z cr = R x R y R z x c y c z c
(12) V G = m t g z cr V S = ∑ j = 1 6 ∫ l 0 l j F j d Δ
式中:Fj 为SMA弹簧力;m t 为上部结构的质量;g 为重力加速度;Δ 为SMA弹簧的变形量.
1986年,Tanaka[18 ] 根据SMA在相变过程中自由能应该达到最小值的原理建立了SMA本构模型,用能量平衡方程和Clausius-Duhem非平衡热力学原理描述了其超弹性和记忆性能.文献[18 ]假定相变过程中,马氏体体积分数与温度间成指数关系.根据SMA自由回复过程中的变形特征,Liang等[19 ,20 ] 用余弦函数来表示马氏体体积分数和温度、应力之间的关系,关系式包括了马氏体正逆相变全过程.后来在Brinson[21 ] 所提出的模型中,将马氏体变体分为两部分,温度诱发相变和应力诱发相变,因此马氏体相变动力学方程在不同温度区间有正反两个演化方程,这样记忆合金超弹性本构关系的基本框架得到了建立.
根据Brinson[21 ] 提出的形状记忆合金一维本构模型,利用拉伸应力、拉伸应变和剪切应力、剪应变之间的等效关系,进行修正后再结合普通弹簧理论,获得由SMA弹簧的本构模型[22 ] :
(13) F j = F 0 + E ( ξ ) π d 3 32 r ( 1 + ν ) [ d 4 π r 2 n ( Δ - Δ 0 ) + 2 Θ ( ξ ) ( 1 + ν ) 3 E ( ξ ) ( T - T 0 ) + 2 ( 1 + ν ) E ( ξ 0 ) γ L ξ σ 0 E ( ξ ) - 2 ( 1 + ν ) γ L ξ σ ]
(14) E ( ξ ) = E A + ( E M - E A ) ξ
(15) Θ ( ξ ) = Θ A + ( Θ M - Θ A ) ξ
式中:ξ 为马氏体体积分数 ; ξ 0 为初始马氏体体积分数 ; ξ σ 为由应力诱发产生的马氏体体积分数 ; ξ σ 0 为由初始应力诱发产生的 马氏体体积分数 ; E ( ξ ) 为弹性模量 , 是关于 ξ 的函数 ; ν 为泊松比 ; Θ ( ξ ) 为热弹性模量 , 是关于 ξ 的函数 ; Θ A 为奥氏体热弹性模量 ; Θ M 为马氏体热弹性模量 ; T 为温度 ; Δ 0 为弹簧初始变形量 ; T 0 为初始温度 ; E A 为奥氏体弹性模量 ; E M 为马氏体弹性模量 ; γ L = ε L / 3 为最大剪切残余应变 , ε L 为 SMA 在外力作用下的最大可回复残余应变 , 由试验确定 ; F 0 为初始的弹簧力 ; n 为弹簧线圈数 ; d 为弹簧丝直径 ; r 为弹簧半径 . ξ 与 T 的关系可由下式表示.
当 T > T M s 且 1 3 [ σ s cr + C M ( T - T M s ) ] < τ < 1 3 [ σ f cr + C M ( T - T M s ) ] 时 ,
(16) ξ σ = 1 - ξ σ 0 2 cos { π σ s cr - σ f cr × [ 3 τ - σ f cr - C M ( T - T M s ) ] } + 1 + ξ σ 0 2
(17) ξ T = ξ T 0 - ξ T 0 1 - ξ σ 0 ( ξ σ - ξ σ 0 )
(18) ξ σ = 1 - ξ σ 0 2 cos π σ s cr - σ f cr [ 3 τ - σ f cr ] + 1 + ξ σ 0 2
(19) ξ T = ξ T 0 - ξ T 0 1 - ξ σ 0 ( ξ σ - ξ σ 0 ) + Δ Tξ
(20) Δ Tξ = 1 - ξ T 0 2 { cos [ a M ( T - T M f ) ] + 1 }
(21) Δ Tξ = 0
当 T > T A s 且 1 3 C A ( T - T A f ) < τ < 1 3 C A ( T - T A s ) 时 :
(22) ξ = ξ 0 2 cos a A T - T A s - σ C A + 1
(23) ξ σ = ξ σ 0 - ξ σ 0 ξ 0 ( ξ 0 - ξ )
(24) ξ T = ξ T 0 - ξ T 0 ξ 0 ξ 0 - ξ
(25) a M = π / ( T M s - T M f ) , a A = π / ( T A f - T A s )
式中 : σ 为正应力 ; τ 为切应力 ; ξ T 0 为初始温度诱发产生的马氏体积分数 ; ξ T 为温度诱发产生的马氏体体积分数 ; T M s 、 T M f 、 T A s 、 T A f 分别为马氏体相变开始、结束、奥氏体相变开始、结束的温度点 , 通常有 T M f < T M s < T A s < T A f ; C M 、 C A 为描述在相变过程中温度与应力关系的材料常数 ; σ s cr 、 σ f cr 分别为马氏体开始和结 束时的临界正应力 .
(26) E k = 1 2 J x ( α · ) 2 + 1 2 J y ( β · ) 2 + 1 2 J z ( γ · ) 2 + 1 2 m v c T v c
式中 : J x 为绕 x 轴旋转的转动惯量 ; J y 为绕 y 轴旋转转动惯量 ; J z 为绕 z 轴旋转转动惯量 ; v c = d x cr d t d y cr d t d z cr d t T , t 为时间 .
2.3 拉格朗日动力学方程
以 α 、 β 、 γ 为广义坐标 , 令 q 1 = α , q 2 = β , q 3 = γ ; 拉格朗日动力学方程为
(27) L = E k - ( V S + V G )
(28) d d t ∂ L ∂ q · m - ∂ L ∂ q m = τ
本机构由SMA弹簧驱动,没有在关节加入驱动力,所以没有广义力,且V S +V G 与 q · m 无关 , 则有 d d t ∂ ( V S + V G ) ∂ q · m = 0 , 将其代入式 ( 28 ) , 则有 :
(29) d d t ∂ T ∂ q · m - ∂ T ∂ q m + ∂ ( V S + V G ) ∂ q m = 0
将动能与势能代入拉格朗日动力学方程,得到矩阵形式:
(30) KF = G q = [ q 1 q 2 q 3 ] T K = ∑ i = 1 6 ∂ l i ∂ q G = - ∂ V G ∂ q - d d t ∂ T ∂ q · + ∂ T ∂ q F = [ F 1 F 2 F 3 F 4 F 5 F 6 ] T
2.4 数值算例分析
2.4.1 理论计算 已知关节转动角度的变化,可表示为
(31) α = Ψ sin π 10 t β = 0 γ = 0
式中:Ψ 为最大转动角度.机构的建模参数如表1 所示,SMA弹簧材料参数如表2 所示.
当Ψ = π 4 时,柔性臂运动形态随t 的变化如图3 所示.MATLAB计算流程图如图4 所示.
图3
图3
当Ψ = π 4 时的柔性臂运动形态
Fig.3
Kinematic forms of flexible manipulator at Ψ = π 4
图4
图4
计算流程图
Fig.4
Flowchart of calculation
通过计算,6根SMA弹簧长度l i 与时间t 的关系如图5 所示.当SMA弹簧长度小于初始长度时,表示该SMA弹簧需要通电.
图5
图5
当Ψ =π/4时的SMA弹簧长度
Fig.5
Lengths of SMA spring at Ψ =π/4
(1) 当t =0~10 s时,对SMA弹簧l 3 、l 6 通电,其余SMA弹簧l 1 、l 2 、l 4 、l 5 被动拉伸.SMA弹簧l 3 、l 6 上的力是由通电后马氏体向奥氏体相变而来的,SMA弹簧l 1 、l 2 、l 4 、l 5 上的力是被动拉伸而产生的.
(2) 当t =10~20 s时,对SMA弹簧l 1 、l 5 通电,其余弹簧l 2 、l 3 、l 4 、l 6 被动拉伸.SMA弹簧l 1 、l 5 上的力是由通电后马氏体向奥氏体相变而来的,SMA弹簧l 2 、l 3 、l 4 、l 6 上的力是被动拉伸而产生的.
(3) 6根SMA弹簧的初始长度都为258.6 mm.在运动过程中,SMA弹簧长度最大值为303.6 mm,最小值为186.8 mm.
SMA弹簧li 上的弹簧力为Fj ,SMA弹簧力F 与时间t 的关系如图6 所示.
图6
图6
当Ψ =π/4时的SMA弹簧力
Fig.6
SMA spring forces at Ψ =π/4
(1) SMA弹簧l 1 、l 3 、l 5 、l 6 承受拉力,SMA弹簧l 2 、l 4 承受压力.当拉力与压力最大值出现在5 s和15 s时,拉力最大值为3.1 N,压力最大值为 -1.5 N.
(2) 为了方便后面进行Adams仿真计算,将理论计算出的力拟合.
(32) F 3 = - 7.738 + 3.727 cos ( 0.2616 t ) + 14.29 sin ( 0.2616 t ) + 4.742 cos ( 0.5232 t ) - 2.653 sin ( 0.5232 t ) - 0.7294 cos ( 0.7848 t ) - 0.7595 sin ( 0.7848 t )
(33) F 1 = - 7.699 - 10.03 cos ( 0.2653 t ) - 11.15 sin ( 0.2653 t ) + 0.575 cos ( 0.5306 t ) - 5.393 sin ( 0.5306 t ) + 0.8673 cos ( 0.7959 t ) - 0.6272 sin ( 0.7959 t )
由图5 和6 可以看出,通电SMA弹簧任意时刻的弹簧长度与弹簧力.通过SMA弹簧力与弹簧长度,根据SMA弹簧的本构模型(见式(13)和(14)),可以计算出SMA弹簧的马氏体体积分数.可以得到在 t =0~10 s时,SMA弹簧l 3 、l 6 马氏体体积分数ξ 与时间t 的关系如图7 所示.马氏体体积分数最小值出现在t =5 s时,其值为0.74.
图7
图7
当Ψ =π/4时的l 3 、l 6 马氏体体积分数
Fig.7
Martensite volumn fractions of l 3 and l 6 at Ψ =π/4
当Ψ =π/4、π/6、π/12时,SMA弹簧力Fj 与时间t 的关系如图8 所示.其中,由于机构的对称性, F 1 = F 5 , F 2 = F 4 , F 3 = F 6 , 此处只列出 F 1 ~ F 3 的受力情况.由图8 可以看出,当Ψ 增大时,SMA弹簧力也需要随之增大.SMA弹簧力的最大值F max 与最小值F min 如表3 所示.
图8
图8
Ψ =π/4, π/6, π/12时SMA弹簧力
Fig.8
SMA spring forces at Ψ =π/4, π/6, and π/12
2.4.2 Adams模拟 为验证理论计算的正确性,采用Adams进行仿真计算.Adams仿真计算流程图如图9 所示.由于SMA弹簧建模的困难,将理论计算出的SMA弹簧力施加到SMA弹簧上,从而带动结构转动.通过比较转动角度与SMA弹簧长度验证理论模型的正确性.
图9
图9
Adams仿真计算流程图
Fig.9
Flowchart of Adams simulation
仿真与理论中的转动角度α 与时间t 的关系如图10 所示,SMA弹簧长度与时间t 的关系如图11 所示.仿真得到的转动角度最大值与最小值分别为49.5° 与 -41.6°,与理论计算相差9%与7.5%.对于SMA弹簧长度l 1 、l 2 、l 3 ,仿真值与理论值分别相差最大为1.3%、1.9%与3.6%.仿真与理论的结果相近,证明了理论推导模型的正确性.
图10
图10
α 与t 的关系
Fig.10
α versus t
图11
图11
li 与t 的关系
Fig.11
li versus t
3 实验
选用Dynalloy公司生产的TiNi基SMA弹簧作为柔性机械臂的驱动,SMA丝的直径为0.51 mm,绕成弹簧的中径为3.45 mm.主结构采用3D打印,单节柔性操控臂模块样机如图12 所示.
图12
图12
柔性操控臂模块样机
Fig.12
Prototype of flexible manipulator unit
在样机上贴上反光靶点,采用恒流电源通电.在机构转动过程中,用3台高清单反相机对机构拍照,主要拍摄反光靶点,每2 s拍摄1次.在PhotoModeler Scanner软件中处理并分析靶点,得到每个靶点的位置信息.通过向量方法获得机构的转动角度.通过软件处理后,得到O 、O t 、O B 这3点的坐标.则转动角度α 可表示为
(34) α = 180 - arccos U t · U B U t U B
当电流I =0.8, 1.0, 1.2A时,时间t 与转动角度α 的关系如图13 所示.
图13
图13
实验中α 与t 的关系
Fig.13
α versus t in the experiment
4 结语
本文以形状记忆合金弹簧为驱动材料及3D打印光敏树脂为支撑材料作为柔性机械臂的机体,设计空间柔性操控臂.通过几何法建立运动学模型,为动力学模型的构建奠定了基础.基于拉格朗日动力学,分析了柔性操控臂的动能、弹性势能和重力势能,得到动力学普遍方程.
通过Adams仿真,仿真与理论对比得到,转动角度与理论计算相差9%与7.5%.对于SMA弹簧长度,仿真值与理论值分别相差最大为1.3%、1.9%与3.6%.结果表明,所提理论能正确分析柔性操控臂动力学.通过算例分析SMA弹簧在不同关节转动下的动力响应,为后续SMA弹簧控制和柔性操控臂实验研究奠定基础.最后,制作单节柔性操控臂样机并针对样机测量不同电流下的转动角度.本文的建模和仿真方法对于其他类型的机器人也具有借鉴意义.
参考文献
View Option
[1]
MOSADEGH B , POLYGERINOS P , KEPLINGER C , et al . Pneumatic networks for soft robotics that actuate rapidly
[J]. Advanced Functional Materials , 2014 , 24 (15 ):2163 -2170 .
DOI:10.1002/adfm.v24.15
URL
[本文引用: 1]
[2]
MOHD JANI J , LEARY M , SUBIC A , et al . A review of shape memory alloy research, applications and opportunities
[J]. Materials & Design (1980-2015) , 2014 , 56 :1078 -1113 .
[本文引用: 1]
[3]
MAO S X , DONG E B , ZHANG S W , et al . A new soft bionic starfish robot with multi-gaits
[C]//2013 IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics . Wollongong, NSW, Australia: IEEE , 2013 : 1312 -1317 .
[本文引用: 1]
[4]
MAO S X , DONG E B , XU M , et al . Design and development of starfish-like robot: Soft bionic platform with multi-motion using SMA actuators
[C]//2013 IEEE International Conference on Robotics and Biomimetics . Shenzhen, China: IEEE , 2013 : 91 -96 .
[本文引用: 1]
[5]
毛世鑫 . 辐射对称仿生柔体机器人协同推进机理及实现技术
[D]. 合肥: 中国科学技术大学 , 2014 .
[本文引用: 1]
MAO Shixin . The cooperative propulsion mechanism and realization technology of actinomorphic bionic soft robot
[D]. Hefei: University of Science and Technology of China , 2014 .
[本文引用: 1]
[6]
冷劲松 , 兰鑫 , 刘彦菊 , 等 . 形状记忆聚合物复合材料及其在空间可展开结构中的应用
[J]. 宇航学报 , 2010 , 31 (4 ):950 -956 .
[本文引用: 1]
LENG Jinsong , LAN Xin , LIU Yanju , et al . Shape memory polymers composites and their applications in deployable structures
[J]. Journal of Astronautics , 2010 , 31 (4 ):950 -956 .
[本文引用: 1]
[7]
金虎 . 一种可模块化组装柔体机器人的柔性智能模块化结构
[D]. 合肥: 中国科学技术大学 , 2016 .
[本文引用: 1]
JIN Hu . Soft and smart modular structure as tantacles for soft robots
[D]. Hefei: University of Science and Technology of China , 2016 .
[本文引用: 1]
[8]
MARTINEZ R V , GLAVAN A C , KEPLINGER C , et al . Soft actuators and robots that are resistant to mechanical damage
[J]. Advanced Functional Materials , 2014 , 24 (20 ):3003 -3010 .
DOI:10.1002/adfm.v24.20
URL
[本文引用: 1]
[9]
MCMAHAN W , CHITRAKARAN V , CSENCSITS M , et al . Field trials and testing of the OctArm continuum manipulator
[C]//2006 IEEE International Conference on Robotics and Automation . Orlando, FL, USA: IEEE , 2006 : 2336 -2341 .
[本文引用: 1]
[10]
CHOI D G , YI B J , KIM W K . Design of a spring backbone micro endoscope
[C]//2007 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems . San Diego, CA, USA: IEEE , 2007 : 1815 -1821 .
[本文引用: 1]
[11]
胡海燕 , 王鹏飞 , 孙立宁 , 等 . 线驱动连续型机器人的运动学分析与仿真
[J]. 机械工程学报 , 2010 , 46 (19 ):1 -8 .
[本文引用: 1]
HU Haiyan , WANG Pengfei , SUN Lining , et al . Kinematic analysis and simulation for cable-driven continuum robot
[J]. Journal of Mechanical Engineering , 2010 , 46 (19 ):1 -8 .
[本文引用: 1]
[12]
SATO M , FUKAYA M , IWASAKI T . Serpentine locomotion with robotic snakes
[J]. IEEE Control Systems Magazine , 2002 , 22 (1 ):64 -81 .
[本文引用: 1]
[13]
MA S , TADOKORO N , INOUE K , et al . Influence of inclining angle of a slope to optimal locomotion curves of a snake-like robot
[C]//IEEE International Conference on Robotics, Intelligent Systems and Signal Processing . Changsha, China: IEEE , 2003 , 1 :353 -358 .
[本文引用: 1]
[14]
REZAPOUR E , PETTERSEN K Y , LILJEBÄCK P , et al . Path following control of planar snake robots using virtual holonomic constraints: Theory and experiments
[J]. Robotics and Biomimetics , 2014 , 1 (1 ):3 .
DOI:10.1186/s40638-014-0003-6
URL
[本文引用: 1]
[16]
丁希仑 , 张启先 . 机器人柔性臂动力学建模的D-Holzer法
[J]. 机械工程学报 , 1999 , 35 (3 ):25 .
[本文引用: 1]
DING Xilun , ZHANG Qixian . A new dynamic modeling method of D-Holzer of the flexible manipulator
[J]. Chinese Journal of Mechanical Engineering , 1999 , 35 (3 ):25 .
[本文引用: 1]
[17]
贾林睿 , 张祎贝 , 陈务军 , 等 . 八面体单元变几何桁架设计与分析
[C]//第十七届全国现代结构工程学术研讨会 . 天津: 天津大学 , 2017 : 485 -492 .
[本文引用: 1]
JIA Linrui , ZHANG Yibei , CHEN Wujun , et al . Design and analysis of octahedral variable geometry truss
[C]//17th National Symposium on Modern Structural Engineering . Tianjin: Tianjin University , 2017 : 485 -492 .
[本文引用: 1]
[18]
TANAKA K . A thermomechanical sketch of shape memory effect: One-dimensional tensile behavior
[J]. Res Mechanica , 1986 , 18 (3 ):251 -263 .
[本文引用: 2]
[19]
LIANG C , ROGERS C A . A multi-dimensional constitutive model for shape memory alloys
[J]. Journal of Engineering Mathematics , 1992 , 26 (3 ):429 -443 .
DOI:10.1007/BF00042744
URL
[本文引用: 1]
[20]
LIANG C , ROGERS C A . One-dimensional thermomechanical constitutive relations for shape memory materials
[J]. Journal of Intelligent Material Systems and Structures , 1990 , 1 (2 ):207 -234 .
DOI:10.1177/1045389X9000100205
URL
[本文引用: 1]
[21]
BRINSON L C . One-dimensional constitutive behavior of shape memory alloys: Thermomechanical derivation with non-constant material functions and redefined martensite internal variable
[J]. Journal of Intelligent Material Systems and Structures , 1993 , 4 (2 ):229 -242 .
DOI:10.1177/1045389X9300400213
URL
[本文引用: 2]
[22]
李尚荣 . NiTi记忆合金动态特性实验研究及其在仿生机器鱼上的应用
[D]. 合肥: 中国科学技术大学 , 2006 .
[本文引用: 1]
LI Shangrong . Experiment research of dynamic property for nitonial memory alloy and its application of actuator for biomimetic robot fish
[D]. Hefei: University of Science and Technology of China , 2006 .
[本文引用: 1]
Pneumatic networks for soft robotics that actuate rapidly
1
2014
... 与由电机驱动的机器人相比,由智能材料[1 ,2 ] 驱动的柔性机器人具有灵活性好、体积小、质量轻、环境适应性好、噪声低等优势.柔性机器人对工作条件受限的环境具有良好的适应能力,可广泛用于家庭服务、灾难救护、教育娱乐、医学和太空探索等许多领域,在未来这些应用领域中将会占有十分重要的地位.柔性机器人一般采用气动、离子交换聚合物、形状记忆合金(SMA)[3 ,4 ,5 ] 、形状记忆聚合物[6 ] 、响应水凝胶[7 ,8 ] 等驱动方式并由柔性材料来做支撑结构.McMahan等[9 ] 研制出一种仿章鱼触手的连续型机器人OctArm,该机器人可以抓取形状复杂的物体,并且可以在相对受限的工作环境下运动.韩国汉阳大学Choi等[10 ] 设计研制出一种弹簧骨架支撑的连续型内窥镜机器人.该机器人通过弹簧支架支撑,弹簧支架的作用是保持机器人的形状和为弯曲运动提供弯曲刚度的作用,其运动通过柔性臂内部的3根驱动绳索协调运动而实现.哈尔滨工业大学的胡海燕等[11 ] 研制出的机器人用于结肠镜检查,此连续机器人通过NiTi合金丝驱动线驱动两个机器人单元,可实现平面与空间内弯曲. ...
A review of shape memory alloy research, applications and opportunities
1
2014
... 与由电机驱动的机器人相比,由智能材料[1 ,2 ] 驱动的柔性机器人具有灵活性好、体积小、质量轻、环境适应性好、噪声低等优势.柔性机器人对工作条件受限的环境具有良好的适应能力,可广泛用于家庭服务、灾难救护、教育娱乐、医学和太空探索等许多领域,在未来这些应用领域中将会占有十分重要的地位.柔性机器人一般采用气动、离子交换聚合物、形状记忆合金(SMA)[3 ,4 ,5 ] 、形状记忆聚合物[6 ] 、响应水凝胶[7 ,8 ] 等驱动方式并由柔性材料来做支撑结构.McMahan等[9 ] 研制出一种仿章鱼触手的连续型机器人OctArm,该机器人可以抓取形状复杂的物体,并且可以在相对受限的工作环境下运动.韩国汉阳大学Choi等[10 ] 设计研制出一种弹簧骨架支撑的连续型内窥镜机器人.该机器人通过弹簧支架支撑,弹簧支架的作用是保持机器人的形状和为弯曲运动提供弯曲刚度的作用,其运动通过柔性臂内部的3根驱动绳索协调运动而实现.哈尔滨工业大学的胡海燕等[11 ] 研制出的机器人用于结肠镜检查,此连续机器人通过NiTi合金丝驱动线驱动两个机器人单元,可实现平面与空间内弯曲. ...
A new soft bionic starfish robot with multi-gaits
1
2013
... 与由电机驱动的机器人相比,由智能材料[1 ,2 ] 驱动的柔性机器人具有灵活性好、体积小、质量轻、环境适应性好、噪声低等优势.柔性机器人对工作条件受限的环境具有良好的适应能力,可广泛用于家庭服务、灾难救护、教育娱乐、医学和太空探索等许多领域,在未来这些应用领域中将会占有十分重要的地位.柔性机器人一般采用气动、离子交换聚合物、形状记忆合金(SMA)[3 ,4 ,5 ] 、形状记忆聚合物[6 ] 、响应水凝胶[7 ,8 ] 等驱动方式并由柔性材料来做支撑结构.McMahan等[9 ] 研制出一种仿章鱼触手的连续型机器人OctArm,该机器人可以抓取形状复杂的物体,并且可以在相对受限的工作环境下运动.韩国汉阳大学Choi等[10 ] 设计研制出一种弹簧骨架支撑的连续型内窥镜机器人.该机器人通过弹簧支架支撑,弹簧支架的作用是保持机器人的形状和为弯曲运动提供弯曲刚度的作用,其运动通过柔性臂内部的3根驱动绳索协调运动而实现.哈尔滨工业大学的胡海燕等[11 ] 研制出的机器人用于结肠镜检查,此连续机器人通过NiTi合金丝驱动线驱动两个机器人单元,可实现平面与空间内弯曲. ...
Design and development of starfish-like robot: Soft bionic platform with multi-motion using SMA actuators
1
2013
... 与由电机驱动的机器人相比,由智能材料[1 ,2 ] 驱动的柔性机器人具有灵活性好、体积小、质量轻、环境适应性好、噪声低等优势.柔性机器人对工作条件受限的环境具有良好的适应能力,可广泛用于家庭服务、灾难救护、教育娱乐、医学和太空探索等许多领域,在未来这些应用领域中将会占有十分重要的地位.柔性机器人一般采用气动、离子交换聚合物、形状记忆合金(SMA)[3 ,4 ,5 ] 、形状记忆聚合物[6 ] 、响应水凝胶[7 ,8 ] 等驱动方式并由柔性材料来做支撑结构.McMahan等[9 ] 研制出一种仿章鱼触手的连续型机器人OctArm,该机器人可以抓取形状复杂的物体,并且可以在相对受限的工作环境下运动.韩国汉阳大学Choi等[10 ] 设计研制出一种弹簧骨架支撑的连续型内窥镜机器人.该机器人通过弹簧支架支撑,弹簧支架的作用是保持机器人的形状和为弯曲运动提供弯曲刚度的作用,其运动通过柔性臂内部的3根驱动绳索协调运动而实现.哈尔滨工业大学的胡海燕等[11 ] 研制出的机器人用于结肠镜检查,此连续机器人通过NiTi合金丝驱动线驱动两个机器人单元,可实现平面与空间内弯曲. ...
辐射对称仿生柔体机器人协同推进机理及实现技术
1
2014
... 与由电机驱动的机器人相比,由智能材料[1 ,2 ] 驱动的柔性机器人具有灵活性好、体积小、质量轻、环境适应性好、噪声低等优势.柔性机器人对工作条件受限的环境具有良好的适应能力,可广泛用于家庭服务、灾难救护、教育娱乐、医学和太空探索等许多领域,在未来这些应用领域中将会占有十分重要的地位.柔性机器人一般采用气动、离子交换聚合物、形状记忆合金(SMA)[3 ,4 ,5 ] 、形状记忆聚合物[6 ] 、响应水凝胶[7 ,8 ] 等驱动方式并由柔性材料来做支撑结构.McMahan等[9 ] 研制出一种仿章鱼触手的连续型机器人OctArm,该机器人可以抓取形状复杂的物体,并且可以在相对受限的工作环境下运动.韩国汉阳大学Choi等[10 ] 设计研制出一种弹簧骨架支撑的连续型内窥镜机器人.该机器人通过弹簧支架支撑,弹簧支架的作用是保持机器人的形状和为弯曲运动提供弯曲刚度的作用,其运动通过柔性臂内部的3根驱动绳索协调运动而实现.哈尔滨工业大学的胡海燕等[11 ] 研制出的机器人用于结肠镜检查,此连续机器人通过NiTi合金丝驱动线驱动两个机器人单元,可实现平面与空间内弯曲. ...
辐射对称仿生柔体机器人协同推进机理及实现技术
1
2014
... 与由电机驱动的机器人相比,由智能材料[1 ,2 ] 驱动的柔性机器人具有灵活性好、体积小、质量轻、环境适应性好、噪声低等优势.柔性机器人对工作条件受限的环境具有良好的适应能力,可广泛用于家庭服务、灾难救护、教育娱乐、医学和太空探索等许多领域,在未来这些应用领域中将会占有十分重要的地位.柔性机器人一般采用气动、离子交换聚合物、形状记忆合金(SMA)[3 ,4 ,5 ] 、形状记忆聚合物[6 ] 、响应水凝胶[7 ,8 ] 等驱动方式并由柔性材料来做支撑结构.McMahan等[9 ] 研制出一种仿章鱼触手的连续型机器人OctArm,该机器人可以抓取形状复杂的物体,并且可以在相对受限的工作环境下运动.韩国汉阳大学Choi等[10 ] 设计研制出一种弹簧骨架支撑的连续型内窥镜机器人.该机器人通过弹簧支架支撑,弹簧支架的作用是保持机器人的形状和为弯曲运动提供弯曲刚度的作用,其运动通过柔性臂内部的3根驱动绳索协调运动而实现.哈尔滨工业大学的胡海燕等[11 ] 研制出的机器人用于结肠镜检查,此连续机器人通过NiTi合金丝驱动线驱动两个机器人单元,可实现平面与空间内弯曲. ...
形状记忆聚合物复合材料及其在空间可展开结构中的应用
1
2010
... 与由电机驱动的机器人相比,由智能材料[1 ,2 ] 驱动的柔性机器人具有灵活性好、体积小、质量轻、环境适应性好、噪声低等优势.柔性机器人对工作条件受限的环境具有良好的适应能力,可广泛用于家庭服务、灾难救护、教育娱乐、医学和太空探索等许多领域,在未来这些应用领域中将会占有十分重要的地位.柔性机器人一般采用气动、离子交换聚合物、形状记忆合金(SMA)[3 ,4 ,5 ] 、形状记忆聚合物[6 ] 、响应水凝胶[7 ,8 ] 等驱动方式并由柔性材料来做支撑结构.McMahan等[9 ] 研制出一种仿章鱼触手的连续型机器人OctArm,该机器人可以抓取形状复杂的物体,并且可以在相对受限的工作环境下运动.韩国汉阳大学Choi等[10 ] 设计研制出一种弹簧骨架支撑的连续型内窥镜机器人.该机器人通过弹簧支架支撑,弹簧支架的作用是保持机器人的形状和为弯曲运动提供弯曲刚度的作用,其运动通过柔性臂内部的3根驱动绳索协调运动而实现.哈尔滨工业大学的胡海燕等[11 ] 研制出的机器人用于结肠镜检查,此连续机器人通过NiTi合金丝驱动线驱动两个机器人单元,可实现平面与空间内弯曲. ...
形状记忆聚合物复合材料及其在空间可展开结构中的应用
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2010
... 与由电机驱动的机器人相比,由智能材料[1 ,2 ] 驱动的柔性机器人具有灵活性好、体积小、质量轻、环境适应性好、噪声低等优势.柔性机器人对工作条件受限的环境具有良好的适应能力,可广泛用于家庭服务、灾难救护、教育娱乐、医学和太空探索等许多领域,在未来这些应用领域中将会占有十分重要的地位.柔性机器人一般采用气动、离子交换聚合物、形状记忆合金(SMA)[3 ,4 ,5 ] 、形状记忆聚合物[6 ] 、响应水凝胶[7 ,8 ] 等驱动方式并由柔性材料来做支撑结构.McMahan等[9 ] 研制出一种仿章鱼触手的连续型机器人OctArm,该机器人可以抓取形状复杂的物体,并且可以在相对受限的工作环境下运动.韩国汉阳大学Choi等[10 ] 设计研制出一种弹簧骨架支撑的连续型内窥镜机器人.该机器人通过弹簧支架支撑,弹簧支架的作用是保持机器人的形状和为弯曲运动提供弯曲刚度的作用,其运动通过柔性臂内部的3根驱动绳索协调运动而实现.哈尔滨工业大学的胡海燕等[11 ] 研制出的机器人用于结肠镜检查,此连续机器人通过NiTi合金丝驱动线驱动两个机器人单元,可实现平面与空间内弯曲. ...
一种可模块化组装柔体机器人的柔性智能模块化结构
1
2016
... 与由电机驱动的机器人相比,由智能材料[1 ,2 ] 驱动的柔性机器人具有灵活性好、体积小、质量轻、环境适应性好、噪声低等优势.柔性机器人对工作条件受限的环境具有良好的适应能力,可广泛用于家庭服务、灾难救护、教育娱乐、医学和太空探索等许多领域,在未来这些应用领域中将会占有十分重要的地位.柔性机器人一般采用气动、离子交换聚合物、形状记忆合金(SMA)[3 ,4 ,5 ] 、形状记忆聚合物[6 ] 、响应水凝胶[7 ,8 ] 等驱动方式并由柔性材料来做支撑结构.McMahan等[9 ] 研制出一种仿章鱼触手的连续型机器人OctArm,该机器人可以抓取形状复杂的物体,并且可以在相对受限的工作环境下运动.韩国汉阳大学Choi等[10 ] 设计研制出一种弹簧骨架支撑的连续型内窥镜机器人.该机器人通过弹簧支架支撑,弹簧支架的作用是保持机器人的形状和为弯曲运动提供弯曲刚度的作用,其运动通过柔性臂内部的3根驱动绳索协调运动而实现.哈尔滨工业大学的胡海燕等[11 ] 研制出的机器人用于结肠镜检查,此连续机器人通过NiTi合金丝驱动线驱动两个机器人单元,可实现平面与空间内弯曲. ...
一种可模块化组装柔体机器人的柔性智能模块化结构
1
2016
... 与由电机驱动的机器人相比,由智能材料[1 ,2 ] 驱动的柔性机器人具有灵活性好、体积小、质量轻、环境适应性好、噪声低等优势.柔性机器人对工作条件受限的环境具有良好的适应能力,可广泛用于家庭服务、灾难救护、教育娱乐、医学和太空探索等许多领域,在未来这些应用领域中将会占有十分重要的地位.柔性机器人一般采用气动、离子交换聚合物、形状记忆合金(SMA)[3 ,4 ,5 ] 、形状记忆聚合物[6 ] 、响应水凝胶[7 ,8 ] 等驱动方式并由柔性材料来做支撑结构.McMahan等[9 ] 研制出一种仿章鱼触手的连续型机器人OctArm,该机器人可以抓取形状复杂的物体,并且可以在相对受限的工作环境下运动.韩国汉阳大学Choi等[10 ] 设计研制出一种弹簧骨架支撑的连续型内窥镜机器人.该机器人通过弹簧支架支撑,弹簧支架的作用是保持机器人的形状和为弯曲运动提供弯曲刚度的作用,其运动通过柔性臂内部的3根驱动绳索协调运动而实现.哈尔滨工业大学的胡海燕等[11 ] 研制出的机器人用于结肠镜检查,此连续机器人通过NiTi合金丝驱动线驱动两个机器人单元,可实现平面与空间内弯曲. ...
Soft actuators and robots that are resistant to mechanical damage
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2014
... 与由电机驱动的机器人相比,由智能材料[1 ,2 ] 驱动的柔性机器人具有灵活性好、体积小、质量轻、环境适应性好、噪声低等优势.柔性机器人对工作条件受限的环境具有良好的适应能力,可广泛用于家庭服务、灾难救护、教育娱乐、医学和太空探索等许多领域,在未来这些应用领域中将会占有十分重要的地位.柔性机器人一般采用气动、离子交换聚合物、形状记忆合金(SMA)[3 ,4 ,5 ] 、形状记忆聚合物[6 ] 、响应水凝胶[7 ,8 ] 等驱动方式并由柔性材料来做支撑结构.McMahan等[9 ] 研制出一种仿章鱼触手的连续型机器人OctArm,该机器人可以抓取形状复杂的物体,并且可以在相对受限的工作环境下运动.韩国汉阳大学Choi等[10 ] 设计研制出一种弹簧骨架支撑的连续型内窥镜机器人.该机器人通过弹簧支架支撑,弹簧支架的作用是保持机器人的形状和为弯曲运动提供弯曲刚度的作用,其运动通过柔性臂内部的3根驱动绳索协调运动而实现.哈尔滨工业大学的胡海燕等[11 ] 研制出的机器人用于结肠镜检查,此连续机器人通过NiTi合金丝驱动线驱动两个机器人单元,可实现平面与空间内弯曲. ...
Field trials and testing of the OctArm continuum manipulator
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2006
... 与由电机驱动的机器人相比,由智能材料[1 ,2 ] 驱动的柔性机器人具有灵活性好、体积小、质量轻、环境适应性好、噪声低等优势.柔性机器人对工作条件受限的环境具有良好的适应能力,可广泛用于家庭服务、灾难救护、教育娱乐、医学和太空探索等许多领域,在未来这些应用领域中将会占有十分重要的地位.柔性机器人一般采用气动、离子交换聚合物、形状记忆合金(SMA)[3 ,4 ,5 ] 、形状记忆聚合物[6 ] 、响应水凝胶[7 ,8 ] 等驱动方式并由柔性材料来做支撑结构.McMahan等[9 ] 研制出一种仿章鱼触手的连续型机器人OctArm,该机器人可以抓取形状复杂的物体,并且可以在相对受限的工作环境下运动.韩国汉阳大学Choi等[10 ] 设计研制出一种弹簧骨架支撑的连续型内窥镜机器人.该机器人通过弹簧支架支撑,弹簧支架的作用是保持机器人的形状和为弯曲运动提供弯曲刚度的作用,其运动通过柔性臂内部的3根驱动绳索协调运动而实现.哈尔滨工业大学的胡海燕等[11 ] 研制出的机器人用于结肠镜检查,此连续机器人通过NiTi合金丝驱动线驱动两个机器人单元,可实现平面与空间内弯曲. ...
Design of a spring backbone micro endoscope
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2007
... 与由电机驱动的机器人相比,由智能材料[1 ,2 ] 驱动的柔性机器人具有灵活性好、体积小、质量轻、环境适应性好、噪声低等优势.柔性机器人对工作条件受限的环境具有良好的适应能力,可广泛用于家庭服务、灾难救护、教育娱乐、医学和太空探索等许多领域,在未来这些应用领域中将会占有十分重要的地位.柔性机器人一般采用气动、离子交换聚合物、形状记忆合金(SMA)[3 ,4 ,5 ] 、形状记忆聚合物[6 ] 、响应水凝胶[7 ,8 ] 等驱动方式并由柔性材料来做支撑结构.McMahan等[9 ] 研制出一种仿章鱼触手的连续型机器人OctArm,该机器人可以抓取形状复杂的物体,并且可以在相对受限的工作环境下运动.韩国汉阳大学Choi等[10 ] 设计研制出一种弹簧骨架支撑的连续型内窥镜机器人.该机器人通过弹簧支架支撑,弹簧支架的作用是保持机器人的形状和为弯曲运动提供弯曲刚度的作用,其运动通过柔性臂内部的3根驱动绳索协调运动而实现.哈尔滨工业大学的胡海燕等[11 ] 研制出的机器人用于结肠镜检查,此连续机器人通过NiTi合金丝驱动线驱动两个机器人单元,可实现平面与空间内弯曲. ...
线驱动连续型机器人的运动学分析与仿真
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2010
... 与由电机驱动的机器人相比,由智能材料[1 ,2 ] 驱动的柔性机器人具有灵活性好、体积小、质量轻、环境适应性好、噪声低等优势.柔性机器人对工作条件受限的环境具有良好的适应能力,可广泛用于家庭服务、灾难救护、教育娱乐、医学和太空探索等许多领域,在未来这些应用领域中将会占有十分重要的地位.柔性机器人一般采用气动、离子交换聚合物、形状记忆合金(SMA)[3 ,4 ,5 ] 、形状记忆聚合物[6 ] 、响应水凝胶[7 ,8 ] 等驱动方式并由柔性材料来做支撑结构.McMahan等[9 ] 研制出一种仿章鱼触手的连续型机器人OctArm,该机器人可以抓取形状复杂的物体,并且可以在相对受限的工作环境下运动.韩国汉阳大学Choi等[10 ] 设计研制出一种弹簧骨架支撑的连续型内窥镜机器人.该机器人通过弹簧支架支撑,弹簧支架的作用是保持机器人的形状和为弯曲运动提供弯曲刚度的作用,其运动通过柔性臂内部的3根驱动绳索协调运动而实现.哈尔滨工业大学的胡海燕等[11 ] 研制出的机器人用于结肠镜检查,此连续机器人通过NiTi合金丝驱动线驱动两个机器人单元,可实现平面与空间内弯曲. ...
线驱动连续型机器人的运动学分析与仿真
1
2010
... 与由电机驱动的机器人相比,由智能材料[1 ,2 ] 驱动的柔性机器人具有灵活性好、体积小、质量轻、环境适应性好、噪声低等优势.柔性机器人对工作条件受限的环境具有良好的适应能力,可广泛用于家庭服务、灾难救护、教育娱乐、医学和太空探索等许多领域,在未来这些应用领域中将会占有十分重要的地位.柔性机器人一般采用气动、离子交换聚合物、形状记忆合金(SMA)[3 ,4 ,5 ] 、形状记忆聚合物[6 ] 、响应水凝胶[7 ,8 ] 等驱动方式并由柔性材料来做支撑结构.McMahan等[9 ] 研制出一种仿章鱼触手的连续型机器人OctArm,该机器人可以抓取形状复杂的物体,并且可以在相对受限的工作环境下运动.韩国汉阳大学Choi等[10 ] 设计研制出一种弹簧骨架支撑的连续型内窥镜机器人.该机器人通过弹簧支架支撑,弹簧支架的作用是保持机器人的形状和为弯曲运动提供弯曲刚度的作用,其运动通过柔性臂内部的3根驱动绳索协调运动而实现.哈尔滨工业大学的胡海燕等[11 ] 研制出的机器人用于结肠镜检查,此连续机器人通过NiTi合金丝驱动线驱动两个机器人单元,可实现平面与空间内弯曲. ...
Serpentine locomotion with robotic snakes
1
2002
... 准确的运动学和动力学分析对于理解机器人的机理和控制至关重要.常规的建模方法有牛顿-欧拉法[12 ,13 ] 和拉格朗日动力学方法[14 ,15 ] .拉格朗日动力学方程是基于机械系统能量对系统变量(位移、速度等)以及时间的微分所建立的.在机械系统结构比较简单、自由度比较少的情况下,拉格朗日方程法可能会比牛顿-欧拉方程法复杂,但是随着机械系统越来越复杂、自由度越来越多,用拉格朗日方程法对机械系统进行动力学建模与分析变得比牛顿-欧拉方程法更加简单.丁希仑等[16 ] 提出一种多连杆复杂的柔性臂系统动力学建模方法——D-Holzer法,用该法推导了两连杆柔性臂系统的动力学模型.但由于空间柔性操控臂采用形状记忆合金弹簧驱动,且SMA具有很强的非线性,导致机构的动力学方程推导和求解变得较为复杂.前人的文献研究并无带有SMA弹簧的动力学研究,导致对使用SMA弹簧驱动的软体机器人动力学分析没有足够的了解. ...
Influence of inclining angle of a slope to optimal locomotion curves of a snake-like robot
1
2003
... 准确的运动学和动力学分析对于理解机器人的机理和控制至关重要.常规的建模方法有牛顿-欧拉法[12 ,13 ] 和拉格朗日动力学方法[14 ,15 ] .拉格朗日动力学方程是基于机械系统能量对系统变量(位移、速度等)以及时间的微分所建立的.在机械系统结构比较简单、自由度比较少的情况下,拉格朗日方程法可能会比牛顿-欧拉方程法复杂,但是随着机械系统越来越复杂、自由度越来越多,用拉格朗日方程法对机械系统进行动力学建模与分析变得比牛顿-欧拉方程法更加简单.丁希仑等[16 ] 提出一种多连杆复杂的柔性臂系统动力学建模方法——D-Holzer法,用该法推导了两连杆柔性臂系统的动力学模型.但由于空间柔性操控臂采用形状记忆合金弹簧驱动,且SMA具有很强的非线性,导致机构的动力学方程推导和求解变得较为复杂.前人的文献研究并无带有SMA弹簧的动力学研究,导致对使用SMA弹簧驱动的软体机器人动力学分析没有足够的了解. ...
Path following control of planar snake robots using virtual holonomic constraints: Theory and experiments
1
2014
... 准确的运动学和动力学分析对于理解机器人的机理和控制至关重要.常规的建模方法有牛顿-欧拉法[12 ,13 ] 和拉格朗日动力学方法[14 ,15 ] .拉格朗日动力学方程是基于机械系统能量对系统变量(位移、速度等)以及时间的微分所建立的.在机械系统结构比较简单、自由度比较少的情况下,拉格朗日方程法可能会比牛顿-欧拉方程法复杂,但是随着机械系统越来越复杂、自由度越来越多,用拉格朗日方程法对机械系统进行动力学建模与分析变得比牛顿-欧拉方程法更加简单.丁希仑等[16 ] 提出一种多连杆复杂的柔性臂系统动力学建模方法——D-Holzer法,用该法推导了两连杆柔性臂系统的动力学模型.但由于空间柔性操控臂采用形状记忆合金弹簧驱动,且SMA具有很强的非线性,导致机构的动力学方程推导和求解变得较为复杂.前人的文献研究并无带有SMA弹簧的动力学研究,导致对使用SMA弹簧驱动的软体机器人动力学分析没有足够的了解. ...
Analysis and control of a gait of snake robot
1
2000
... 准确的运动学和动力学分析对于理解机器人的机理和控制至关重要.常规的建模方法有牛顿-欧拉法[12 ,13 ] 和拉格朗日动力学方法[14 ,15 ] .拉格朗日动力学方程是基于机械系统能量对系统变量(位移、速度等)以及时间的微分所建立的.在机械系统结构比较简单、自由度比较少的情况下,拉格朗日方程法可能会比牛顿-欧拉方程法复杂,但是随着机械系统越来越复杂、自由度越来越多,用拉格朗日方程法对机械系统进行动力学建模与分析变得比牛顿-欧拉方程法更加简单.丁希仑等[16 ] 提出一种多连杆复杂的柔性臂系统动力学建模方法——D-Holzer法,用该法推导了两连杆柔性臂系统的动力学模型.但由于空间柔性操控臂采用形状记忆合金弹簧驱动,且SMA具有很强的非线性,导致机构的动力学方程推导和求解变得较为复杂.前人的文献研究并无带有SMA弹簧的动力学研究,导致对使用SMA弹簧驱动的软体机器人动力学分析没有足够的了解. ...
机器人柔性臂动力学建模的D-Holzer法
1
1999
... 准确的运动学和动力学分析对于理解机器人的机理和控制至关重要.常规的建模方法有牛顿-欧拉法[12 ,13 ] 和拉格朗日动力学方法[14 ,15 ] .拉格朗日动力学方程是基于机械系统能量对系统变量(位移、速度等)以及时间的微分所建立的.在机械系统结构比较简单、自由度比较少的情况下,拉格朗日方程法可能会比牛顿-欧拉方程法复杂,但是随着机械系统越来越复杂、自由度越来越多,用拉格朗日方程法对机械系统进行动力学建模与分析变得比牛顿-欧拉方程法更加简单.丁希仑等[16 ] 提出一种多连杆复杂的柔性臂系统动力学建模方法——D-Holzer法,用该法推导了两连杆柔性臂系统的动力学模型.但由于空间柔性操控臂采用形状记忆合金弹簧驱动,且SMA具有很强的非线性,导致机构的动力学方程推导和求解变得较为复杂.前人的文献研究并无带有SMA弹簧的动力学研究,导致对使用SMA弹簧驱动的软体机器人动力学分析没有足够的了解. ...
机器人柔性臂动力学建模的D-Holzer法
1
1999
... 准确的运动学和动力学分析对于理解机器人的机理和控制至关重要.常规的建模方法有牛顿-欧拉法[12 ,13 ] 和拉格朗日动力学方法[14 ,15 ] .拉格朗日动力学方程是基于机械系统能量对系统变量(位移、速度等)以及时间的微分所建立的.在机械系统结构比较简单、自由度比较少的情况下,拉格朗日方程法可能会比牛顿-欧拉方程法复杂,但是随着机械系统越来越复杂、自由度越来越多,用拉格朗日方程法对机械系统进行动力学建模与分析变得比牛顿-欧拉方程法更加简单.丁希仑等[16 ] 提出一种多连杆复杂的柔性臂系统动力学建模方法——D-Holzer法,用该法推导了两连杆柔性臂系统的动力学模型.但由于空间柔性操控臂采用形状记忆合金弹簧驱动,且SMA具有很强的非线性,导致机构的动力学方程推导和求解变得较为复杂.前人的文献研究并无带有SMA弹簧的动力学研究,导致对使用SMA弹簧驱动的软体机器人动力学分析没有足够的了解. ...
八面体单元变几何桁架设计与分析
1
2017
... 结合串联机构与并联机构各自的优点,贾林睿等[17 ] 设计了一种八面体单元组成的变几何桁架式机构,具有高刚度以及大运动空间的特点.八面体桁架是由多个正八面体桁架结构组成,相邻两节呈对称关系.以相邻的两个正八面体的共用面作为驱动面,通过主动驱动器改变驱动面3根杆件的长度以实现结构几何的形状改变. ...
八面体单元变几何桁架设计与分析
1
2017
... 结合串联机构与并联机构各自的优点,贾林睿等[17 ] 设计了一种八面体单元组成的变几何桁架式机构,具有高刚度以及大运动空间的特点.八面体桁架是由多个正八面体桁架结构组成,相邻两节呈对称关系.以相邻的两个正八面体的共用面作为驱动面,通过主动驱动器改变驱动面3根杆件的长度以实现结构几何的形状改变. ...
A thermomechanical sketch of shape memory effect: One-dimensional tensile behavior
2
1986
... 1986年,Tanaka[18 ] 根据SMA在相变过程中自由能应该达到最小值的原理建立了SMA本构模型,用能量平衡方程和Clausius-Duhem非平衡热力学原理描述了其超弹性和记忆性能.文献[18 ]假定相变过程中,马氏体体积分数与温度间成指数关系.根据SMA自由回复过程中的变形特征,Liang等[19 ,20 ] 用余弦函数来表示马氏体体积分数和温度、应力之间的关系,关系式包括了马氏体正逆相变全过程.后来在Brinson[21 ] 所提出的模型中,将马氏体变体分为两部分,温度诱发相变和应力诱发相变,因此马氏体相变动力学方程在不同温度区间有正反两个演化方程,这样记忆合金超弹性本构关系的基本框架得到了建立. ...
... 根据SMA在相变过程中自由能应该达到最小值的原理建立了SMA本构模型,用能量平衡方程和Clausius-Duhem非平衡热力学原理描述了其超弹性和记忆性能.文献[18 ]假定相变过程中,马氏体体积分数与温度间成指数关系.根据SMA自由回复过程中的变形特征,Liang等[19 ,20 ] 用余弦函数来表示马氏体体积分数和温度、应力之间的关系,关系式包括了马氏体正逆相变全过程.后来在Brinson[21 ] 所提出的模型中,将马氏体变体分为两部分,温度诱发相变和应力诱发相变,因此马氏体相变动力学方程在不同温度区间有正反两个演化方程,这样记忆合金超弹性本构关系的基本框架得到了建立. ...
A multi-dimensional constitutive model for shape memory alloys
1
1992
... 1986年,Tanaka[18 ] 根据SMA在相变过程中自由能应该达到最小值的原理建立了SMA本构模型,用能量平衡方程和Clausius-Duhem非平衡热力学原理描述了其超弹性和记忆性能.文献[18 ]假定相变过程中,马氏体体积分数与温度间成指数关系.根据SMA自由回复过程中的变形特征,Liang等[19 ,20 ] 用余弦函数来表示马氏体体积分数和温度、应力之间的关系,关系式包括了马氏体正逆相变全过程.后来在Brinson[21 ] 所提出的模型中,将马氏体变体分为两部分,温度诱发相变和应力诱发相变,因此马氏体相变动力学方程在不同温度区间有正反两个演化方程,这样记忆合金超弹性本构关系的基本框架得到了建立. ...
One-dimensional thermomechanical constitutive relations for shape memory materials
1
1990
... 1986年,Tanaka[18 ] 根据SMA在相变过程中自由能应该达到最小值的原理建立了SMA本构模型,用能量平衡方程和Clausius-Duhem非平衡热力学原理描述了其超弹性和记忆性能.文献[18 ]假定相变过程中,马氏体体积分数与温度间成指数关系.根据SMA自由回复过程中的变形特征,Liang等[19 ,20 ] 用余弦函数来表示马氏体体积分数和温度、应力之间的关系,关系式包括了马氏体正逆相变全过程.后来在Brinson[21 ] 所提出的模型中,将马氏体变体分为两部分,温度诱发相变和应力诱发相变,因此马氏体相变动力学方程在不同温度区间有正反两个演化方程,这样记忆合金超弹性本构关系的基本框架得到了建立. ...
One-dimensional constitutive behavior of shape memory alloys: Thermomechanical derivation with non-constant material functions and redefined martensite internal variable
2
1993
... 1986年,Tanaka[18 ] 根据SMA在相变过程中自由能应该达到最小值的原理建立了SMA本构模型,用能量平衡方程和Clausius-Duhem非平衡热力学原理描述了其超弹性和记忆性能.文献[18 ]假定相变过程中,马氏体体积分数与温度间成指数关系.根据SMA自由回复过程中的变形特征,Liang等[19 ,20 ] 用余弦函数来表示马氏体体积分数和温度、应力之间的关系,关系式包括了马氏体正逆相变全过程.后来在Brinson[21 ] 所提出的模型中,将马氏体变体分为两部分,温度诱发相变和应力诱发相变,因此马氏体相变动力学方程在不同温度区间有正反两个演化方程,这样记忆合金超弹性本构关系的基本框架得到了建立. ...
... 根据Brinson[21 ] 提出的形状记忆合金一维本构模型,利用拉伸应力、拉伸应变和剪切应力、剪应变之间的等效关系,进行修正后再结合普通弹簧理论,获得由SMA弹簧的本构模型[22 ] : ...
NiTi记忆合金动态特性实验研究及其在仿生机器鱼上的应用
1
2006
... 根据Brinson[21 ] 提出的形状记忆合金一维本构模型,利用拉伸应力、拉伸应变和剪切应力、剪应变之间的等效关系,进行修正后再结合普通弹簧理论,获得由SMA弹簧的本构模型[22 ] : ...
NiTi记忆合金动态特性实验研究及其在仿生机器鱼上的应用
1
2006
... 根据Brinson[21 ] 提出的形状记忆合金一维本构模型,利用拉伸应力、拉伸应变和剪切应力、剪应变之间的等效关系,进行修正后再结合普通弹簧理论,获得由SMA弹簧的本构模型[22 ] : ...