单腿三维跳跃机器人动力学建模及控制

在三维环境中实现连续、稳定和准确地跳跃是单腿跳跃机器人的研究难点，课题组设计了一种质心可准确抵达三维空间中目标位置点的单腿跳跃机器人。基于弹簧加载倒立摆(SLIP)动力学模型，实现了对机器人起跳速度的控制，使可控连续跳跃成为可能；基于反作用轮倒立摆(RWP)动力学模型和角动量守恒定律，实现了在3个惯性尾辅助下的三维姿态实时控制；集成SLIP模型，RWP模型和课题组提出的落地后转向策略，设计了机器人质心可精确到达预期三维目标点的连续跳跃算法。仿真结果表明：该单腿跳跃机器人可实现在三维环境中的连续、稳定和准确跳跃，从而验证了课题组提出的三维跳跃动力学模型及其控制算法的可行性。     

基于空间闭链连杆机构的可折展手爪设计

为了解决多关节手指和手爪多为刚性连接而运动范围有限等问题，课题组基于单自由度面对称Bricard空间闭链连杆机构，提出了一种手指单关节驱动机构。将多个单关节驱动机构串联，组合为一个单自由度的多关节手指驱动机构；进一步，通过课题组提出的单自由度同步驱动副，可同步驱动手爪中的3根多关节手指同步开合、抓取目标物体；在进行可折展手爪的运动学分析和参数求解之后，完成了可折展手爪的样机实验。验证结果表明提出的可折展手爪驱动机构设计合理、抓取性能可靠。     

基于RecurDyn的4旋翼摆臂式清洗机器人设计

针对爬壁机器人越障过程产生的控制复杂和过程运动不连续的问题,课题组通过引入柔性关节,在机器人本体上设计了摆臂越障机构及旋翼推力系统,并从运动学角度分析机器人攀爬障碍物时的运动机理,以及建立了机器人壁面攀爬的运动学模型,计算出机器人在不发生失效形式下,旋翼电机理论输出转矩,绘制了旋翼电机输出转矩和壁面角度变化的关系图,并利用RecurDyn软件对爬壁机器人越障过程进行运动学仿真,绘制出机器人重心高度的变化和时间关系图。结果表明：机器人旋翼推力机构的吸附性能良好,机器人能够平稳地在壁面完成爬行和越障。     

考虑5指差异化的外骨骼康复机械手结构设计

针对传统外骨骼康复机械手结构臃肿、适配性低的问题，课题组设计了一款考虑人手5指差异化的连杆滑槽式外骨骼康复机械手。课题组根据人手生物学特征设计了单根手指的结构，并通过分析各关节间的运动关系，构建了单根手指的数学模型；以机械手指关节和人手指关节的旋转中心在运动过程中始终保持重合，及人手运动特性为约束，把机械手指各杆长之和最短作为优化目标，设计了求解该模型的粒子群算法，得到满足康复训练需求且结构紧凑的手指尺寸最优解；在单指优化的基础上改变近端指节长度，保持各手指运动特性不变前提下做出5指差异化设计，经过多次算例计算后得到5指尺寸最优解；最后根据优化结果构建了样机模型，并对模型进行运动学仿真。仿真结果表明：设计的外骨骼机械手指的运动参数符合设计要求，指间运动轨迹特征符合人手运动规律。该机械手满足康复训练要求。     

一种欠驱动柔性机械手的抓取力研究

为满足农产品（食品）行业中尺寸范围大、形状复杂、物性多样的复杂对象抓取需求，提出了一种欠驱动柔性机械手。设计了欠驱动柔性机械手的的结构 ，介绍了其工作原理；采用2个电机驱动串联双铰链柔性关节；以直径为20,40和60 mm的圆柱铝块为抓持对象，建立了静态力学方程和几何平衡方程；运用 MATLAB软件中fsolve函数求出机械手在负载状态下驱动杆行程与抓取力的关系。计算结果表明通过控制驱动杆行程，可以实现调节抓取力的大小，在不损坏物体 表面的前提下，有效抓取复杂对象。     

螺丝锁付装置取放料时间寻优轨迹规划

为提高螺丝锁付装置的锁付效率，课题组针对锁付过程中最频繁的取放料操作进行时间寻优轨迹规划。课题组以旋量理论建立运动学模型，基于运动合成的思想，采用多段六次多项式插值算法进行规划轨迹，并结合改进粒子群算法得到时间插值节点的优化解。仿真实验结果表明：采用改进粒子群算法，在迭代约40次时算法达到收敛，轨迹所需时间相对于优化前缩短了约30%；关节空间下各关节的位置、速度和加速度曲线连续平滑，无明显突变，末端笛卡尔空间下轨迹满足取放料轨迹的设计要求。该时间最优轨迹规划的方法有效提高了螺丝锁付装置的工作效率。 〖HT5”H〗关键词：螺丝锁付；轨迹规划；旋量理论；改进粒子群算法；六次多项式插值算法     

电子柔性复合功能薄膜研究

探讨了现代电子复合功能材料科学中，柔性复合功能薄膜的结构概念、功能原理与特性价值。研究了现代电子柔性复合功能薄膜的基本原则、柔性特性表征；并从两相柔性复合体系弥散模型对复合压电铁电性机理进行了有效解释，理论与实验一致。     

江南大学 机械工程学院， 江苏 无锡214122

针对目前榨菜加工厂的榨菜剥皮仍采用传统手工作业，存在耗时耗力的问题，课题组提出了一种新型的环形榨菜剥皮装置。课题组采用滑块摇杆机构，设计了一种摆动的撕皮机构；采用行程开关控制，设计了装置的气动控制系统；利用Creo软件对执行机构进行了动力学分析，得到了刀杆应力最大的受力情况；并进一步利用ANSYS分析软件对刀杆进行有限元分析，得到了刀杆的等效应力云图和变形云图，验证了机构的稳定性和强度要求。实验表明该装置能正常完成剥皮工作，大幅提高了生产效率。     

基于混合控制的机械臂定位和振动控制研究

针对柔性机械臂的定位和振动控制,设计了一种基于带尾部信号的时滞滤波器的混合闭环控制方案。滤波器的设计采用系统输出等于系统参考值的幅值的约束条件,有效地减小了机械臂的定位调节时间;同时综合考虑柔性关节的振动模态,设计出时间最优的时滞滤波器,进一步消除柔性关节的残留振动,显著提高了定位效率。仿真结果证明了该方案的有效性能,能够同时实现机械臂柔性关节的快速定位以及振动控制,有利于作业效率的进一步提高。     

基于改进遗传算法的附加约束重调度策略

针对某柔性生产线上遇到机器故障、加工延时、插单、撤单等不能提前预知的意外情况而对生产线的初始调度方案产生干扰的问题，课题组研究了该柔性生产线的重调度问题，设计了一种改进的遗传算法，提高了算法的收敛速度。课题组采用矩阵编码方式使算法便于添加约束条件；设计了一种附加约束重调度方案，采用统一的决策方式，有效应对处理多种意外干扰；最后在MATLAB软件中进行了仿真模拟运算。实验和仿真结果表明：改进遗传算法收敛时间相比经典遗传算法减少了38%，且避免了输出局部极值。课题组提出的重调度方案可有效处理生产线的各种意外情况。