软机器人是为了解决传统机器人在处理人和精密生物物品时的局限性而创建的。[1-4] 软气动执行器(SPA)的工作原理是将调节的正压或负压注入柔性结构内的密封腔中。这些执行器可以弯曲、扭曲、伸展或收缩。[5] 执行器对施加压力的反应取决于腔体的材料和形状。执行器的几何形状或多材料分布可以在更广泛的意义上得到改进。软执行器和机器人的自主设计可能受益于优化壁厚和改变腔体结构。由于软机器人固有的柔顺性,软执行器可以产生相对被动的变形,并根据被处理的物体的形状进行修改。[6] 因此,腔体对弯曲和驱动的影响对于增强软执行器的能力至关重要。此外,有限元法 (FEM) 还可用于改进软机器人,预测其运动,并消除制造后出现的问题。[7] 人们已经采用了各种各样的新开发来提高软机器人的效率,并且已经使用了许多新设计来实现软机器人执行器的多功能性和增强的适应性。[8 – 13]
摘要:缆索驱动机械手具有手臂细长、运动灵活、刚度可控等特点,在捕获在轨卫星方面有着很大的应用前景,但由于缆索长度、关节角度和反作用力之间的耦合关系,难以实现缆索驱动机械手的有效运动规划和刚度控制。该算法还可以通过动态设置加加速度使加速度更加平滑,减小加速度冲击,保证缆驱动机械手的稳定运动。再次,通过采用基于位置的阻抗控制来补偿驱动缆的位置和速度,进一步优化缆驱动机械手的刚度。最后,开发并测试了变刚度缆驱动机械手样机,利用卷积动态加加速度规划算法规划出所需的速度曲线,进行了缆驱动机械手的速度控制实验,结果验证了该算法可以提高加速度的平滑度,从而使运动更加平滑,减小振动。此外,刚度控制实验验证了缆驱动机械手具有理想的变刚度能力。
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出生时,婴儿的头部会暂时变形,以便通过狭窄的产道。出生后,这种灵活性就不再需要了,而是需要一种刚性状态来保护敏感的大脑,因此头骨的材料性质会发生变化,将头骨闭合为刚性骨骼。同样,可变刚度组件对于实现变形机器人和仿生学也具有重要意义。[1,2] 在医学和组织工程中,可变刚度也具有根本性的重要性,尤其是在与周围微环境相互作用时。例如,可以使用柔顺水凝胶和支架来促进手术期间的插入和适应,之后移植的材料会变硬以重建受伤硬组织的功能和机械性能。[2,3]
摘要 — 刚度变化和实时位置反馈对于任何机器人系统都至关重要,但最重要的是对于有源和可穿戴设备与用户和环境的交互。目前,对于紧凑尺寸,缺乏提供高保真反馈并保持设计和功能完整性的解决方案。在这项工作中,我们提出了一种新型最小离合器,它集成了刚度变化和实时位置反馈,其性能优于传统的卡住解决方案。我们详细介绍了离合器的集成设计、建模和验证。初步实验结果表明,在最大力密度为 15.64 N/cm 2 时,离合器的阻抗力变化接近 24 倍。我们通过实验验证了离合器在以下方面的表现:(1) 增强软执行器的弯曲刚度,使软操作器的夹持力提高 73%;(2) 使软圆柱执行器能够执行全向运动;(3) 为手势检测提供实时位置反馈,为动觉触觉反馈提供阻抗力。本文介绍了功能组件,重点介绍了集成设计方法,这将对软机器人和可穿戴设备的发展产生影响。
感谢 Vitor Schwenck 的耐心帮助,以及他为本文提供的精美图像。此外,我还要感谢我的学生 Guilherme Martins 对这篇论文中的一些结果进行数值验证的出色工作。
