气动软体机器人技术及应用

目录
《21世纪先进制造技术丛书》序
序
前言
第1章 软体机器人发展与应用概况 1
1.1 软体机器人发展历程及现状 1
1.2 软体机器人分类 6
1.2.1 气压驱动软体机器人 6
1.2.2 智能材料软体机器人 10
1.3 软体机器人应用领域 13
1.3.1 仿生机器人 13
1.3.2 抓持末端执行器 15
1.3.3 医疗手术、康复机器人 16
1.4 软体机器人关键技术 18
1.4.1 智能材料 18
1.4.2 驱动技术 18
1.4.3 制造技术 19
1.4.4 传感技术 19
1.4.5 建模与控制技术 20
1.5 气动软体机器人发展及应用 20
1.6 本书主要内容 24
第2章 气动软体驱动器构型设计 26
2.1 引言 26
2.2 形约束型驱动器 26
2.3 纤维约束型驱动器 31
2.4 织网约束型驱动器 33
2.5 颗粒增强型驱动器 34
2.6 气动柔性驱动器 36
2.6.1 气动柔性弯曲关节结构原理 37
2.6.2 气动柔性扭转关节结构原理 37
2.6.3 气动柔性摆动关节 38
2.7 本章小结 39
第3章 气动软体驱动器建模与仿真 40
3.1 引言 40
3.2 气动软体驱动器及其模型 40
3.2.1 气动柔性驱动器模型 40
3.2.2 气动柔性弯曲关节模型 42
3.2.3 气动柔性扭转关节模型 45
3.2.4 气动柔性摆动关节模型 47
3.3 典型驱动器模型仿真分析 49
3.3.1 恒输出力特性 49
3.3.2 恒压特性 50
3.3.3 恒长特性 51
3.4 气动软体驱动器试验与分析 52
3.5 本章小结 55
第4章 气动软体末端执行器 56
4.1 引言 56
4.2 脆嫩目标的物理特性分析 56
4.2.1 黄瓜抓持特性 56
4.2.2 苹果抓持特性 60
4.3 果实采摘末端执行器 64
4.3.1 球形果实采摘末端执行器 64
4.3.2 长形果实采摘末端执行器 71
4.4 本章小结 75
第5章 气动柔性手部运动功能康复器 76
5.1 引言 76
5.2 手部运动功能康复器发展现状分析 76
5.2.1 手部运动功能康复的社会需求 76
5.2.2 手部运动功能康复器研发现状 77
5.3 手部运动功能康复器结构设计 80
5.3.1 手指基本结构 80
5.3.2 布局方案和整体结构设计 80
5.4 手部运动功能康复器控制系统 82
5.4.1 肌电信号采集与预处理 83
5.4.2 基于肌电信号的手指动作识别算法 90
5.4.3 手部运动功能康复器运动控制 94
5.5 气动柔性手部运动功能康复器试验与效果评价 99
5.5.1 气动柔性手部运动功能康复器试验平台 99
5.5.2 软件实现 101
5.5.3 系统试验效果评价 102
5.6 本章小结 107
第6章 气动刚柔耦合多指灵巧手设计 108
6.1 引言 108
6.2 多指灵巧手发展现状分析 108
6.3 ZJUT多指灵巧手结构设计 116
6.3.1 手指本体结构 116
6.3.2 总体布局方案 117
6.3.3 ZJUT多指灵巧手本体结构 117
6.4 ZJUT多指灵巧手本体结构和抓持仿真验证 119
6.5 ZJUT多指灵巧手传感系统 120
6.6 本章小结 122
第7章 气动刚柔耦合手指运动学及位置控制 123
7.1 引言 123
7.2 ZJUT多指灵巧手的正运动学 123
7.2.1 手指正运动学模型 123
7.2.2 手指正运动学仿真 125
7.3 手指的逆运动学 126
7.3.1 手指的工作空间分析 126
7.3.2 手指的逆运动学求解分析 127
7.3.3 基于自适应遗传算法的手指逆运动求解 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 手指位置跟踪试验 133
7.5 ZJUT多指灵巧手的位置控制 135
7.5.1 基于运动学的手指控制原理 135
7.5.2 基于运动学的多指灵巧手位置控制试验 136
7.6 本章小结 138
第8章 ZJUT多指灵巧手输出力控制 139
8.1 引言 139
8.2 手指静力输出求解 139
8.2.1 手指静力学模型 139
8.2.2 手指静力半闭环跟踪试验 141
8.3 ZJUT多指灵巧手的被动柔顺性 143
8.4 指尖力模糊自适应跟踪控制策略 144
8.4.1 模糊控制基本原理 144
8.4.2 手指与环境接触模型 146
8.4.3 指尖力自适应跟踪控制算法 146
8.4.4 参考位置补偿算子模糊自整定 147
8.4.5 指尖力模糊自适应跟踪控制器设计 148
8.4.6 指尖力模糊自适应跟踪试验 149
8.5 本章小结 150
第9章 ZJUT多指灵巧手抓持规划 152
9.1 引言 152
9.2 最佳手掌抓持姿态 152
9.3 抓持模型构建方法 153
9.3.1 超椭圆方程 153
9.3.2 抓持模型构建方法 155
9.4 基于ANFIS的抓持模型辨识 156
9.4.1 ANFIS及通用结构 156
9.4.2 目标物体模型的规则化等价 158
9.4.3 基于ANFIS抓持模型的重构 159
9.4.4 抓持模型的仿真验证 160
9.5 多指灵巧手的抓持规划 162
9.5.1 抓持的基本力学方程 162
9.5.2 基于线性约束梯度流的抓持力优化方法 164
9.6 ZJUT多指灵巧手抓持规划试验 166
9.6.1 试验系统设计 166
9.6.2 试验与分析 167
9.7 本章小结 170
第10章 气动软体机械臂 171
10.1 引言 171
10.2 长行程气动软体驱动器的结构设计及特性分析 171
10.2.1 长行程气动软体驱动器的结构设计 171
10.2.2 长行程气动软体驱动器的工作原理 172
10.3 长行程气动软体驱动器的制作 173
10.3.1 硅胶管的内径设计 173
10.3.2 硅胶管的壁厚设计 174
10.3.3 硅胶管的制作 176
10.3.4 管外新型波纹编织套管的结构 177
10.3.5 长行程气动软体驱动器组装 179
10.4 长行程气动软体驱动器的静态数学模型及仿真 179
10.5 多腔气动球关节的约束和运动学模型 186
10.5.1 气动球关节约束原理 187
10.5.2 气动球关节运动学模型 188
10.5.3 气动球关节模块运动建模 190
10.6 多节串联的气动软体机械臂 193
10.7 软体机械臂运动学模型 197
10.8 软体机械臂性能测试试验 199
10.8.1 软体机械臂弯曲试验 199
10.8.2 软体机械臂抓持试验 200
10.9 本章小结 202
参考文献 203