氣動軟體機器人技術及應用

目錄
《21世紀先進制造技術叢書》序
序
前言
第1章 軟體機器人發(fā)展與應用概況 1
1.1 軟體機器人發(fā)展歷程及現(xiàn)狀 1
1.2 軟體機器人分類 6
1.2.1 氣壓驅動軟體機器人 6
1.2.2 智能材料軟體機器人 10
1.3 軟體機器人應用領域 13
1.3.1 仿生機器人 13
1.3.2 抓持末端執(zhí)行器 15
1.3.3 醫(yī)療手術、康復機器人 16
1.4 軟體機器人關鍵技術 18
1.4.1 智能材料 18
1.4.2 驅動技術 18
1.4.3 制造技術 19
1.4.4 傳感技術 19
1.4.5 建模與控制技術 20
1.5 氣動軟體機器人發(fā)展及應用 20
1.6 本書主要內(nèi)容 24
第2章 氣動軟體驅動器構型設計 26
2.1 引言 26
2.2 形約束型驅動器 26
2.3 纖維約束型驅動器 31
2.4 織網(wǎng)約束型驅動器 33
2.5 顆粒增強型驅動器 34
2.6 氣動柔性驅動器 36
2.6.1 氣動柔性彎曲關節(jié)結構原理 37
2.6.2 氣動柔性扭轉關節(jié)結構原理 37
2.6.3 氣動柔性擺動關節(jié) 38
2.7 本章小結 39
第3章 氣動軟體驅動器建模與仿真 40
3.1 引言 40
3.2 氣動軟體驅動器及其模型 40
3.2.1 氣動柔性驅動器模型 40
3.2.2 氣動柔性彎曲關節(jié)模型 42
3.2.3 氣動柔性扭轉關節(jié)模型 45
3.2.4 氣動柔性擺動關節(jié)模型 47
3.3 典型驅動器模型仿真分析 49
3.3.1 恒輸出力特性 49
3.3.2 恒壓特性 50
3.3.3 恒長特性 51
3.4 氣動軟體驅動器試驗與分析 52
3.5 本章小結 55
第4章 氣動軟體末端執(zhí)行器 56
4.1 引言 56
4.2 脆嫩目標的物理特性分析 56
4.2.1 黃瓜抓持特性 56
4.2.2 蘋果抓持特性 60
4.3 果實采摘末端執(zhí)行器 64
4.3.1 球形果實采摘末端執(zhí)行器 64
4.3.2 長形果實采摘末端執(zhí)行器 71
4.4 本章小結 75
第5章 氣動柔性手部運動功能康復器 76
5.1 引言 76
5.2 手部運動功能康復器發(fā)展現(xiàn)狀分析 76
5.2.1 手部運動功能康復的社會需求 76
5.2.2 手部運動功能康復器研發(fā)現(xiàn)狀 77
5.3 手部運動功能康復器結構設計 80
5.3.1 手指基本結構 80
5.3.2 布局方案和整體結構設計 80
5.4 手部運動功能康復器控制系統(tǒng) 82
5.4.1 肌電信號采集與預處理 83
5.4.2 基于肌電信號的手指動作識別算法 90
5.4.3 手部運動功能康復器運動控制 94
5.5 氣動柔性手部運動功能康復器試驗與效果評價 99
5.5.1 氣動柔性手部運動功能康復器試驗平臺 99
5.5.2 軟件實現(xiàn) 101
5.5.3 系統(tǒng)試驗效果評價 102
5.6 本章小結 107
第6章 氣動剛柔耦合多指靈巧手設計 108
6.1 引言 108
6.2 多指靈巧手發(fā)展現(xiàn)狀分析 108
6.3 ZJUT多指靈巧手結構設計 116
6.3.1 手指本體結構 116
6.3.2 總體布局方案 117
6.3.3 ZJUT多指靈巧手本體結構 117
6.4 ZJUT多指靈巧手本體結構和抓持仿真驗證 119
6.5 ZJUT多指靈巧手傳感系統(tǒng) 120
6.6 本章小結 122
第7章 氣動剛柔耦合手指運動學及位置控制 123
7.1 引言 123
7.2 ZJUT多指靈巧手的正運動學 123
7.2.1 手指正運動學模型 123
7.2.2 手指正運動學仿真 125
7.3 手指的逆運動學 126
7.3.1 手指的工作空間分析 126
7.3.2 手指的逆運動學求解分析 127
7.3.3 基于自適應遺傳算法的手指逆運動求解 128
7.4 手指的位置控制 132
7.4.1 手指位置控制原理 132
7.4.2 手指位置跟蹤試驗 133
7.5 ZJUT多指靈巧手的位置控制 135
7.5.1 基于運動學的手指控制原理 135
7.5.2 基于運動學的多指靈巧手位置控制試驗 136
7.6 本章小結 138
第8章 ZJUT多指靈巧手輸出力控制 139
8.1 引言 139
8.2 手指靜力輸出求解 139
8.2.1 手指靜力學模型 139
8.2.2 手指靜力半閉環(huán)跟蹤試驗 141
8.3 ZJUT多指靈巧手的被動柔順性 143
8.4 指尖力模糊自適應跟蹤控制策略 144
8.4.1 模糊控制基本原理 144
8.4.2 手指與環(huán)境接觸模型 146
8.4.3 指尖力自適應跟蹤控制算法 146
8.4.4 參考位置補償算子模糊自整定 147
8.4.5 指尖力模糊自適應跟蹤控制器設計 148
8.4.6 指尖力模糊自適應跟蹤試驗 149
8.5 本章小結 150
第9章 ZJUT多指靈巧手抓持規(guī)劃 152
9.1 引言 152
9.2 最佳手掌抓持姿態(tài) 152
9.3 抓持模型構建方法 153
9.3.1 超橢圓方程 153
9.3.2 抓持模型構建方法 155
9.4 基于ANFIS的抓持模型辨識 156
9.4.1 ANFIS及通用結構 156
9.4.2 目標物體模型的規(guī)則化等價 158
9.4.3 基于ANFIS抓持模型的重構 159
9.4.4 抓持模型的仿真驗證 160
9.5 多指靈巧手的抓持規(guī)劃 162
9.5.1 抓持的基本力學方程 162
9.5.2 基于線性約束梯度流的抓持力優(yōu)化方法 164
9.6 ZJUT多指靈巧手抓持規(guī)劃試驗 166
9.6.1 試驗系統(tǒng)設計 166
9.6.2 試驗與分析 167
9.7 本章小結 170
第10章 氣動軟體機械臂 171
10.1 引言 171
10.2 長行程氣動軟體驅動器的結構設計及特性分析 171
10.2.1 長行程氣動軟體驅動器的結構設計 171
10.2.2 長行程氣動軟體驅動器的工作原理 172
10.3 長行程氣動軟體驅動器的制作 173
10.3.1 硅膠管的內(nèi)徑設計 173
10.3.2 硅膠管的壁厚設計 174
10.3.3 硅膠管的制作 176
10.3.4 管外新型波紋編織套管的結構 177
10.3.5 長行程氣動軟體驅動器組裝 179
10.4 長行程氣動軟體驅動器的靜態(tài)數(shù)學模型及仿真 179
10.5 多腔氣動球關節(jié)的約束和運動學模型 186
10.5.1 氣動球關節(jié)約束原理 187
10.5.2 氣動球關節(jié)運動學模型 188
10.5.3 氣動球關節(jié)模塊運動建模 190
10.6 多節(jié)串聯(lián)的氣動軟體機械臂 193
10.7 軟體機械臂運動學模型 197
10.8 軟體機械臂性能測試試驗 199
10.8.1 軟體機械臂彎曲試驗 199
10.8.2 軟體機械臂抓持試驗 200
10.9 本章小結 202
參考文獻 203