| 颗粒驱动软体驱动器设计及FEM-DEM运动分析 |
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| 引用本文： | 韩奉林,李明辉,田亮,刘伟,费磊,赵海鸣.颗粒驱动软体驱动器设计及FEM-DEM运动分析[J].哈尔滨工业大学学报,2021,53(1):155-162. |
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| 作者姓名： | 韩奉林 李明辉 田亮 刘伟 费磊 赵海鸣 |
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| 作者单位： | 中南大学 机电工程学院,长沙 410012;中南大学 高性能复杂制造国家重点实验室,长沙 410012;中南大学 轻合金研究院,长沙 410012 ;中南大学 高性能复杂制造国家重点实验室,长沙 410012 |
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| 基金项目： | 湖南省自然科学基金(2020JJ4706); 国家自然科学基金(51405518) |
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| 摘 要： | 颗粒物质具有流动传压和阻塞刚化的双相特性,是变刚度软体机器人的理想驱动介质.由于颗粒物质复杂的力学特性,颗粒驱动软体机器人运动预测极具挑战性.综合考虑颗粒物质的离散性和超弹软体型腔的连续性,本文提出了一种基于FEM-DEM耦合计算的软体驱动器运动分析方法.为降低颗粒充入软体型腔时的局部径向膨胀,设计了具有径向增强约束的弯曲驱动器软体型腔结构.利用FEM-DEM耦合计算方法对此驱动器的运动变形规律进行了分析,同时采用基于颗粒物质Mohr-Coulomb连续介质模型的FEM开展了对比计算.利用3D打印和硅胶浇注技术制造驱动器样机,测试了软体驱动器的运动特性及变刚度能力.研究结果表明:与基于Mohr-Coulomb模型的FEM相比,利用FEM-DEM耦合计算方法,可使驱动器弯曲角度的预测精度提高约14.3%;使用较小直径的颗粒介质可以提高机器人的变形能力;与前期研究中的原始方案相比,本文提出的径向增强约束驱动器在不削弱刚度调节能力的前提下,最大弯曲角度从48.9°提升至了72.7°.
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| 关 键 词： | 软体驱动器 有限元 离散元 颗粒驱动 变刚度 DEM-FEM 粒径 |
| 收稿时间： | 2020/2/21 0:00:00 |
Design of soft actuator driven by granular matters and its kinematic analysis based on DEM-FEM |
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| HAN Fenglin,LI Minghui,TIAN Liang,LIU Wei,FEI Lei,ZHAO Haiming.Design of soft actuator driven by granular matters and its kinematic analysis based on DEM-FEM[J].Journal of Harbin Institute of Technology,2021,53(1):155-162. |
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| Authors: | HAN Fenglin LI Minghui TIAN Liang LIU Wei FEI Lei ZHAO Haiming |
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| Affiliation: | College of Mechanical and Electrical Engineering, Central South University, Changsha 410012, China ;State Key Laboratory of High Performance Complex Manufacturing, Central South University, Changsha 410012, China;Light Alloys Research Institute, Central South University, Changsha 410012, China ;State Key Laboratory of High Performance Complex Manufacturing, Central South University, Changsha 410012, China |
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| Abstract: | |
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| Keywords: | soft actuator finite element discrete element particle driven variable stiffness FEM-DEM particle size |
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