检索结果-内蒙古大学图书馆

机械工程学报 2024年第23期60卷 1-20页

作者：李隆球刘军民庄仁诚常晓丛周德开哈尔滨工业大学机器人技术与系统全国重点实验室哈尔滨150001

随着机器人技术在工业、医疗、服务、教育和军事等领域的广泛应用,传统的宏观机器人技术逐渐无法满足日益增长的微型化、精细化和功能高度集成化需求。微纳机器人作为机器人领域的新兴分支,因其尺寸小、推重比大、可控性好、拓展性强,... 详细信息

随着机器人技术在工业、医疗、服务、教育和军事等领域的广泛应用,传统的宏观机器人技术逐渐无法满足日益增长的微型化、精细化和功能高度集成化需求。微纳机器人作为机器人领域的新兴分支,因其尺寸小、推重比大、可控性好、拓展性强,成为研究的热点和前沿。通过回顾机器人技术的发展历程,详细分析了机器人发展的四个阶段和五代动力转换,并总结了机器人应具备的技术特征。在此基础上,对微纳机器人的发展历程、内涵及所处技术阶段进行了深入探讨,重点分析了从宏观机器人到微纳机器人在介质环境、驱动方式、运载方式和多功能耦合方式等技术特征的基础性改变,以及这些改变带来的技术挑战。重点从设计、制造、控制和检测四个方面,深入探讨了微纳机器人的深层次变化。最后,提出了微纳机器人技术的未来发展方向和建议。通过对这些问题的详细探讨,为未来机器人技术的发展提供了理论指导和实践基础。期望微纳机器人技术能够在更多领域实现突破,为精准医疗、环境治理、微纳制造等提供新的技术解决方案,推动社会和科技的持续进步。

关键词：微纳机器人机器人检测控制设计制造

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可穿戴柔性上肢外骨骼的研究进展与展望

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哈尔滨工业大学学报 2024年第8期56卷 1-16页

作者：戴一鸣陈嘉琛刘晨东杨大鹏赵京东机器人技术与系统全国重点实验室(哈尔滨工业大学) 哈尔滨150001

为研究可穿戴柔性上肢外骨骼的发展现状和其面临的关键技术难题,对目前该领域的文献进行了分析与总结。外骨骼可以有效地提供保护、支撑等功能,解决高强度重复性工作导致的肢体疲劳和身体机能衰退,以及中风或职业病导致的肢体运动障碍... 详细信息

为研究可穿戴柔性上肢外骨骼的发展现状和其面临的关键技术难题,对目前该领域的文献进行了分析与总结。外骨骼可以有效地提供保护、支撑等功能,解决高强度重复性工作导致的肢体疲劳和身体机能衰退,以及中风或职业病导致的肢体运动障碍。此外,它们有能力通过额外的动力和功能来恢复或增强人类的运动能力。可穿戴柔性外骨骼作为一种新兴的外骨骼发展方向,相较于传统的刚性外骨骼,具有结构柔顺、人机交互性好和穿戴舒适性好等明显优势。首先,本研究结合柔性上肢外骨骼的3种主要驱动方式(绳驱、气动、形状记忆合金),详细解析不同驱动方式的相关研究成果和相应结构特点。然后,从结构、材料、控制、辅助4个方面分析和阐述如今柔性上肢外骨骼面临的关键技术挑战。最后,结合外骨骼在不同领域应用的需求,推测未来柔性上肢外骨骼技术将向灵活化、舒适化、顺应化、智能化方向发展。研究表明,可穿戴柔性上肢外骨骼的技术尚处于初始阶段,仍有许多技术难题亟需解决,同时,新型的柔性执行器,柔性传感器等可为关键技术难题的突破提供参考。

关键词：可穿戴外骨骼柔性上肢外骨骼人机交互研究现状发展趋势

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面向在轨建造的空间机器人末端执行器及适配接口设计与验证

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机械工程学报 2024年第3期60卷 1-10页

作者：赵亮亮刘子毅赵京东段启帆王梓睿刘宏哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室哈尔滨150001

针对大型空间设施在轨建造任务需求,以空间多分支机器人为应用对象,设计了一种末端执行器及三种适配接口,用于完成识别、定位、捕获、搬运、装配、攀爬和探测等任务。通过分析在轨建造任务需求,以装配对象参数、机器人性能等为依据提出... 详细信息

针对大型空间设施在轨建造任务需求,以空间多分支机器人为应用对象,设计了一种末端执行器及三种适配接口,用于完成识别、定位、捕获、搬运、装配、攀爬和探测等任务。通过分析在轨建造任务需求,以装配对象参数、机器人性能等为依据提出了设计指标。制定了末端执行器机械结构、电气系统的总体方案,并设计了三种适配接口;针对容差需求,分析了对接过程的容差条件和力学条件,优化了关键部件几何参数;针对锁紧需求,建立了锁紧过程运动学、力学模型,并采用组合运动规律,优化了圆柱凸轮曲线槽。通过仿真及试验,验证了容差、锁紧设计的正确性,并进行在轨装配、在轨攀爬的地面模拟试验,进一步验证了末端执行器及适配接口的性能,为大型空间设施的在轨建造奠定了基础。

关键词：在轨建造空间机器人末端执行器适配接口对接锁紧

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空间大型可展开环形张拉机构动力学特性分析

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机械工程学报 2024年第12期60卷 344-354页

作者：赵宏跃史创郭宏伟刘荣强哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室哈尔滨150001

空间环形张拉机构是实现天线口径大型化的理想结构形式之一。为了研究环形张拉结构的动力学特性,首先介绍空间环形张拉结构的系统组成,然后对张拉结构的环形桁架进行了运动学分析。根据铰链节点的展开速度,对其展开过程进行运动规划。... 详细信息

空间环形张拉机构是实现天线口径大型化的理想结构形式之一。为了研究环形张拉结构的动力学特性,首先介绍空间环形张拉结构的系统组成,然后对张拉结构的环形桁架进行了运动学分析。根据铰链节点的展开速度,对其展开过程进行运动规划。然后基于运动学结果建立环形桁架机构的动力学模型,通过牛顿—欧拉公式综合考虑了斜拉索索力、关节摩擦阻尼及关节锁紧力矩对动力学特性的影响,分析当机构采用无源驱动时,对斜拉索索力的影响规律。以斜拉索索力变化偏差均值及最大索力值最小为优化目标,对采用的弹簧驱动进行了优化设计,其中优化后的弹簧刚度降低了24.5%,拉索张力偏差均值及索拉力峰值分别降低了45.2%和41.6%。最后研制了缩比原理样机,进行动力学试验,通过试验结果验证了动力学分析方法的正确性。

关键词：环形张拉机构运动学动力学分析驱动优化

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基于可操作度优化的冗余机械臂逆运动学求解方法

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机械工程学报 2024年第7期60卷 22-33页

作者：杨晓航赵智远李云涛徐梓淳赵京东哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室哈尔滨150001

在运动规划和控制中提升机械臂的灵活性和避免奇异至关重要,一种有效的方法是使可操作度指标最大化。然而可操作度指标是关节角度的非凸函数,优化该指标是一个巨大的挑战,为此提出一种加速度级可操作度最大化(ALMM)方法。首先,通过一种... 详细信息

在运动规划和控制中提升机械臂的灵活性和避免奇异至关重要,一种有效的方法是使可操作度指标最大化。然而可操作度指标是关节角度的非凸函数,优化该指标是一个巨大的挑战,为此提出一种加速度级可操作度最大化(ALMM)方法。首先,通过一种新的多层次同时最小化方案将位置级别的非线性优化问题转化到速度级别和加速度级别,在加速度水平重构最大化可操作度问题。其次,引入最小化速度指标保证系统的稳定性,并使关节角速度维持在较低水平。然后,结合关节的物理极限,将上述问题表述为标准的二次规划(QP)形式进行求解。以SSRMS构型冗余空间机械臂为例进行仿真验证,实验结果表明ALMM方法可以在完成轨迹跟踪任务的同时实现可操作度优化,对比实验证明ALMM方法的有效性和优越性。

关键词：冗余机械臂逆运动学可操作度二次规划

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超声波钻谐振控制算法设计及试验验证

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哈尔滨工业大学学报 2024年第4期56卷 73-82页

作者：全齐全金亦康张秋葵唐德威邓宗全机器人技术与系统国家重点实验室(哈尔滨工业大学) 哈尔滨150001

为解决小天体表面引力小及温差变化大难以实现锚固的问题,提出以超声波钻作为锚固工具并采用模糊控制和恒流控制相结合的策略,实现了低钻压力和高低温环境条件下的超声波钻钻进锚固。压电驱动的超声波钻将高频电能转化为高频机械振动,... 详细信息

为解决小天体表面引力小及温差变化大难以实现锚固的问题,提出以超声波钻作为锚固工具并采用模糊控制和恒流控制相结合的策略,实现了低钻压力和高低温环境条件下的超声波钻钻进锚固。压电驱动的超声波钻将高频电能转化为高频机械振动,驱动钻具高频破碎岩石,具有极低钻压力的显著优势,尤其适用于弱引力小天体的钻进锚固作业。针对超声波钻的驱动,对超声波钻的谐振控制算法进行研究。首先,建立超声波钻换能器的等效电路模型,在等效模型基础上研究换能器的阻抗特性、负载特性、温度特性和滞后特性。其次,根据超声波钻的工作特性研究谐振频率识别算法、谐振频率跟踪算法和恒电流控制算法,针对谐振频率跟踪算法研究了基于递归最小二乘估计的频率跟踪算法和基于模糊控制的频率跟踪算法,并对实际控制效果进行对比分析。最后,进行常温常压和高低温环境下钻进试验,试验结果表明,在不同温度环境和不同的钻进对象条件下,所设计的谐振控制算法能够实现对超声波钻的稳定驱动。研究结果表明,所提出的模糊控制和恒流控制能够有效的在低钻压力以及不同温度下实现有效钻进。

关键词：小行星附着锚固超声波钻谐振控制递归最小二乘法模糊控制

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反映载荷影响的星球车车轮试验及模型研究

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机械工程学报 2024年第14期60卷 263-271页

作者：袁野杨怀广丁亮兰清宁杨超杰高海波邓宗全哈尔滨工业大学机器人技术及系统国家重点实验室哈尔滨150080

星球车在上下坡或以蠕动、抬轮等步态移动时,车轮的垂直载荷会发生明显变化,分析载荷对轮地相互作用的影响可以对星球车地面巡视任务提供支持。利用单轮测试台进行多种载荷情况下的单轮试验,得出车轮沉陷量、驱动阻力矩和挂钩牵引力随... 详细信息

星球车在上下坡或以蠕动、抬轮等步态移动时,车轮的垂直载荷会发生明显变化,分析载荷对轮地相互作用的影响可以对星球车地面巡视任务提供支持。利用单轮测试台进行多种载荷情况下的单轮试验,得出车轮沉陷量、驱动阻力矩和挂钩牵引力随垂直载荷的变化规律。以240 kg火星车六轮均载的近似载荷值160 N作为典型情况,采用基于泰勒级数和Sobol方差分解的解析方法分析轮地相互作用模型中各参数的灵敏度。结果表明,承压特性参数沉陷指数和剪切特性参数土壤内摩擦角具有较高的灵敏度。结合试验数据及各参数灵敏度,分析车轮载荷对轮地相互作用模型的影响,建立反映载荷影响的沉陷指数模型,该模型对试验数据的拟合优度可达0.99,对挂钩牵引力的估计误差大部分在±5 N以内,对车轮沉陷量的估计误差不超过3 mm。

关键词：地面力学载荷影响沉陷指数灵敏度分析星球车

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弱引力环境四足机器人的强化学习姿态机动控制

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宇航学报 2024年第10期45卷 1676-1684页

作者：高海波齐骥苏桓立霍明英于海涛邓宗全哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室哈尔滨150080 哈尔滨工业大学航天学院哈尔滨150001

针对四足机器人在小天体表面跳跃巡游探测过程中的空中姿态控制问题,提出了一种基于强化学习的无模型控制方案。在小天体的弱引力环境下,机器人单次跳跃的滞空时间很长,机器人需要利用这段时间修正起跳带来的姿态偏差以实现安全着陆,或... 详细信息

针对四足机器人在小天体表面跳跃巡游探测过程中的空中姿态控制问题,提出了一种基于强化学习的无模型控制方案。在小天体的弱引力环境下,机器人单次跳跃的滞空时间很长,机器人需要利用这段时间修正起跳带来的姿态偏差以实现安全着陆,或改变偏航角以改变未来行进方向。提出的基于近端策略优化(PPO)算法训练的控制器以猫落反射为启发,无需引入额外的姿态控制执行器。仿真结果表明,训练得到的控制器可通过控制四足机器人摆动腿部关节实现三轴姿态机动。设计并搭建了四足机器人气浮微重力模拟试验平台,通过样机试验,控制策略模型的有效性得到了验证。

关键词：星球探测机器人小天体探测强化学习微低重力模拟

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响应型固体功能表面的浸润性可逆调控研究进展

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机械工程学报 2024年第7期60卷 144-173页

作者：吴春亚孙瑞江侯博李曦光吴佳昊刘畅陈明君哈尔滨工业大学微系统与微结构制造教育部重点实验室哈尔滨150080 哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室哈尔滨150001

浸润性可逆调控响应型表面是一种通过外部刺激响应材料或形貌可控微观结构实现静态/动态浸润性可逆转换的固体表面,可有效解决传统特殊浸润表面性能单一、结构固定等问题,更符合基础研究和工程现场的多样化、时变性应用需求。着眼于表... 详细信息

浸润性可逆调控响应型表面是一种通过外部刺激响应材料或形貌可控微观结构实现静态/动态浸润性可逆转换的固体表面,可有效解决传统特殊浸润表面性能单一、结构固定等问题,更符合基础研究和工程现场的多样化、时变性应用需求。着眼于表面浸润性能主观调控中关键技术的发展态势,综述分析了响应型固体表面的类型特征、制备方法和应用前景。根据外部刺激类型,将响应型功能表面归纳为基于化学组成和基于微观结构两大类,重点围绕光响应型、温度响应型、pH响应型和磁场响应型等功能表面的响应材料、响应原理、调控机制及性能特点展开系统分析,聚焦于两类响应功能表面制备方法,梳理其基本原理、技术特色及其优劣性,并深入探讨了两类表面在可控油水分离、微液滴/流体操控等领域的潜在应用价值。最后指出了浸润性可逆调控表面在发展过程中需要面临的挑战和仍需注重解决的问题,希望能为后续人工响应型功能表面研究工作的大规模推进提供参考。

关键词：功能表面可逆调控浸润性响应类型制备方法应用前景

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肌肉协同理论在脑卒中上肢康复中的研究进展

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机器人 2024年第3期46卷 370-384页

作者：盛译萱常辉王志永曹锐凯刘洪海哈尔滨工业大学(深圳)机器人技术与系统国家重点实验室广东深圳518055

肌肉协同理论在脑卒中上肢康复中的应用有望为临床康复的标准化评估和干预提供新的技术手段和指导策略。本文针对基于肌肉协同理论的人体运动模块化策略,总结了肌肉协同的数学模型和特点,重点分析了近年来肌肉协同理论在脑卒中上肢康复... 详细信息

肌肉协同理论在脑卒中上肢康复中的应用有望为临床康复的标准化评估和干预提供新的技术手段和指导策略。本文针对基于肌肉协同理论的人体运动模块化策略,总结了肌肉协同的数学模型和特点,重点分析了近年来肌肉协同理论在脑卒中上肢康复中的研究现状,主要包括运动损伤评估、康复效果评估、康复干预指导和康复机器人有效性评价4个方面。然后分析了肌肉协同理论发展所面临的挑战。最后对肌肉协同理论在临床康复应用的研究进程进行总结,并对未来发展趋势进行展望。

关键词：肌肉协同运动控制脑卒中康复功能评估康复干预

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