基于柔性关节的下肢康复机器人设计与分析

结合国内外现有的下肢康复产品及研究成果,研制了具有柔性关节的坐/卧式下肢康复机器人,采用摄像分析法进行步态分析,并对下肢康复机器人进行了动力学建模、分析及仿真.研究表明,下肢康复机器人对脑卒中患者的康复训练、脊髓损伤和截瘫、骨折患者的重新行走均能起到辅助作用,实现患者恒力恒速运动.      

基于气动人工肌肉力反馈数据手套的柔性物体力觉再现

为了模拟抓取虚拟环境中柔性物体的力觉感知,该文对以气动人工肌肉作为驱动器的外骨架力反馈数据手套进行了研究.利用气动人工肌肉的等压特性,建立了柔性物体模拟的数学模型,通过改变气动人工肌肉的充气压力改变其刚度系数,实现对不同柔性物体的模拟.实验结果表明:在相同的手指弯曲角度下,手指的受力随着气动人工肌肉充气压力的增大而增大,因而能够模拟抓取虚拟环境中柔性物体的力觉感知.     

一种基于功/能转换效率最高原则的单程形状记忆合金驱动器设计方法

研究了单程形状记忆合金（ＳＭＡ）驱动器的工作机理，基于热力学基本定律建立了单程ＳＭＡ驱动器的功／能和热／能转换模型，分析了ＳＭＡ元件的性能对单程ＳＭＡ驱动器输出性能的影响，提出了一种基于功／能转换效率最高原则的单程ＳＭＡ驱动器设计方法，建立了单程ＳＭＡ驱动器的输出性能和ＳＭＡ元件的性能及驱动器初始状态之间的定量关系。     

基于形状记忆合金的变刚度外骨骼设计与建模

为减轻变刚度驱动单元质量,缩小其体积,提出一种基于形状记忆合金(SMA)的变刚度主动元,单个变刚度主动元质量约为68.5 g.为精确控制外骨骼刚度,结合SMA本构模型、相变动力学模型、热平衡方程、输出方程,对SMA进行动态建模.为最大化满足人体运动需求,通过并行布置变刚度主动元的方式,结合导轨机构,构建轻质变刚度外骨骼...     

外骨骼机器人柔性变刚度驱动器设计

关节驱动器是外骨骼机器人的核心组成部分,目前传统的刚性驱动器的缺点是：体积大、能耗多以及无法避免外界冲击。为此该文提出一种全新的柔性变刚度驱动器,其基于弹簧的刚度控制,并对此柔性机构进行了理论验证,结果表明全新的柔性变刚度驱动器很好地解决了传统刚性驱动器的主要缺点。     

埋入形状记忆合金丝的智能复合材料实验研究

对埋入形状记忆合金丝的玻璃纤维／环氧树脂试件进行单向拉伸，受限回复和自由回复的实验研究。结果表明；ＳＭＡ的丝的埋入能明显地提高试件的弹性模量和强度；由于形状记忆效应的存在与作用，温度变化时，ＳＭＡ丝可以有规律地改变复合材料结构的应力状态。因此，在复合材料中合理地布置ＳＭＡ丝不仅可以提高结构的承载能力，而且有助于防止或抑制损伤。     

矿用新型组装手套设计

本新型组装手套是一种能够组装的手套,包括手指套和手掌套,手掌套由手背和手面组成,其特征是：手指套与手掌套之间设有拉链,在手背处设有带拉链的布兜,在手面处设有带半球状的颗粒。布兜里放有与之配套的手指套。在使用时,手指套想用的时候就用拉链拉上,不用时就拉下拉链,把手指套放入布兜里,想换别的手指套时,就从布兜里拿出另外的手指套换上。因此具有结构简单,使用方便的优点。     

适用于力反馈数据手套的被动力觉驱动器

为了克服目前力反馈数据手套存在的安全性差、力再现范围小等不足,提出了一种磁流变液被动力觉驱动器实现方法.利用液体智能材料磁流变液在磁场作用下毫秒级时间内能连续、可逆地由牛顿流体状态转变为类似固体状态的特殊性能,设计了一种被动力觉驱动器;介绍了该驱动器的结构和实现原理,利用电磁场有限元分析方法分析了驱动器的电磁特性,在此基础上建立了驱动器的动力学模型,讨论了输出力的动态范围并进行初步实验验证.最后利用研制的驱动器原型构建了单手指力反馈数据手套并进行了初步实验.实验结果证明,基于磁流变液的被动力觉驱动器利用流体传递力,增加了输出力的稳定性,多旋转片结构使输出力增大2倍,并具有安全性好、力再现范围大等优点.     

组合式形状记忆合金驱动器的轨迹规划与实现

将形状记忆合金(SMA)丝嵌入弹性棒可构成形状记忆合金驱动器(SMAA).采用两台SMAA构成的组合式记忆合金驱动器可实现偏动元件与致动元件、驱动单元与执行单元的高度集成,且运行范围与操作能力均得到提高.在机械手操作规划基础上,研究了组合式记忆合金驱动器在关节空间的轨迹规划方法、算法与过程.采用B样条插值,对组合式驱动器进行了轨迹规划,给出了规划后弯曲角的变化轨迹.基于应变反馈的原理,选择了半导体应变片,进行了斜坡轨迹跟踪实验,结果表明实际轨迹能够准确跟踪设定轨迹.     

新型卧式形状记忆合金疏水阀的设计

利用形状记忆合金的功能特性设计了一种卧式结构的热静力型蒸汽疏水阀;论述了这种新型无阀杆的疏水阀的结构、工作原理及主要元件的设计方法。     

舱外航天服手套关节力学特性测试系统

根据机器人学原理,提出了基于测量机械手的舱外航天服手套关节力学特性测试系统的测量原理.设计了基于平行四边形连杆的外骨骼式测量机械手,该机械手刚度大,指节长度可调节,能够围绕航天服手套实现包络运动,且机械手可双向驱动.根据机械手的结构特点,建立了其运动学模型.针对舱外航天服手套柔性关节的转动特性建立了手套二自由度手指的数学模型.最后以基于高速浮点DSP的PCI控制卡为核心建立了测量机械手的控制系统.     

形状记忆合金超弹性弹簧的设计

基于Ｌｉａｎｇ的模型＾〔２〕对形状记忆合金（ＳＭＡ）弹簧在超弹性范围内的本构关系进行了数值仿真,针对ＮｉＴｉ基合金进行了ＳＭＡ超弹性螺旋弹簧的设计。     

粘贴形状记忆合金丝的复合树脂板振动分析

在复合结构中粘贴形状记忆合金(shape memory alloy,SMA)丝,利用其受限回复时产生较大回复应力和其弹性模量随温度变化的特性,实现对结构变形和振动响应的主动控制.基于Liang模型并取其相变系数Ω=-700 MPa,求出受限约束下的回复应力与弹性模量.根据应力应变关系,把回复应力转化为回复应变.用ANSYS模拟复合薄板在两端固定条件下,加热SMA丝对其固有频率以及振动响应的影响.同时试验研究同样约束条件下,粘贴SMA丝复合薄板的固有频率随温度的变化特性,发现二者的结果很吻合,证明相关思想和技术方法是正确的.     

基于NiTi形状记忆合金板条的恒力元件的设计研究

目的 针对NiTi形状记忆合金恒力特性应用的普遍性设计需求,得到一种具有普遍意义的NiTi合金恒力输出机构的设计规律。方法 基于有限元分析软件ANSYS仿真结论,通过优化总结得到一种NiTi合金压缩状态下产生恒力现象的几何结构的设计公式。结果 根据恒力元件设计公式得出的恒力机构能够实现压力恒定性。 结论 此结论对不同的NiTi形状记忆合金恒力元件设计具有普遍的意义,为今后各种恒力元件的设计提供了依据。     

基于NiTi形状记忆合金精密微泵的设计

形状记忆合金(SMA)作为新型功能材料已广泛用于各种微电子机械系统(MEMS)中。此次研究是一种新型有阀微泵的设计。该微泵的结构简单,采用NiTi形状记忆合金薄膜作为微驱动薄膜,采用钢珠-弹簧作为单向阀的有阀微泵,钢珠和弹簧直径都为5mm,泵腔为直径10mm高为15mm的有机玻璃圆柱体。     

用于康复训练的柔性机械手设计与实现

基于柔性螺旋驱动机构,设计了一种应用于手开闭困难患者康复训练的柔性手部外骨骼机械手．该机械手通过柔性螺旋驱动机构带动柔性手指,产生大变形从而实现双向弯曲运动．通过对手指模型的简化,利用悬臂梁模型建立了柔性手指弯曲力学模型,进而得到了手指末端弯曲角度和弹簧旋转圈数之间的运动学关系．针对模型误差问题,建立了误差补偿函数对所建立的手指弯曲运动学模型进行修正,并实验验证了修正模型的有效性．最后,研制了柔性机械手,并对机械手的弯曲及负载能力进行了实验验证．     

基于弯曲与组合MEMS传感器的数据手套设计

虚拟手作为一种自然、高效的人机交互方式,被广泛地应用在虚拟装配、远程手术、机器人控制及手语识别等多个领域。目前市场上多数数据手套只测量手部指关节角度变化情况,对手掌姿态角度测量较少,远不能满足市场对数据手套的需求。设计了基于弯曲与组合MEMS传感器的数据手套,不仅能测量手部指关节的弯曲程度,而且能测量手掌姿态,极大地推动了数据手套的应用。     

形状记忆合金螺旋弹簧设计方法示例分析

通过示例分析，探讨了形状记忆合金螺旋弹簧及偏压式组合弹簧元件的设计方法。介绍了切弹性模量法和图解法两种设计方法。前者适用于ＴｉＮｉ合金，后者适用于Ｃｕ基合金及偏压式组合弹簧元件的设计。     

自动温控阀形状记忆合金弹簧设计

在测定 P-δ-ε曲线和记忆合金弹簧理论计算公式的基础上 ,论述了用于自动温度控制阀的 Ti Ni形状记忆合金主弹簧的设计理论和具体实践 ,取得了试验研究和设计经验 ,由于偏置弹簧的作用 ,记忆合金弹簧的正常工作没有受到非线性特性的明显影响 .阀门应用可获得控温精度达± 1 .5℃以内 .