仿鳐式软体驱动器弯曲预测方法的研究

相对于传统的刚性机器人,由硅胶等柔性材料制造的软体机器人在结构上具有自由度高且能够进行连续形变的特点。目前,多数软体驱动器的气腔形状为等截面形态,而对于变截面软体驱动器的研究却少有涉及。为了解决这一问题,从鳐鱼的运动受到启发,设计了一款气腔截面纵向变换仿鳐式软体驱动器。驱动器限制层设计为不可压缩的薄层,结合应变能密度等理论,提出一种预测驱动器的弯曲变形角度的方法。通过3D打印技术制作模具,浇注模型,制作出仿鳐式软体驱动器。通过理论分析、有限元仿真、实验对比验证其数学模型,绘制仿鳐式软体驱动器在0.02～0.07 MPa气压下的中心线轨迹,分析输入气压与末端输出力的关系,验证了驱动器的理论分析、有限元仿真与实验结果在一定的误差下基本一致。其预测方法表现良好,为进一步研究仿鳐式软体驱动器在空间形变提供理论方法。     

基于视觉的软体气动驱动器变形观测与仿真分析

软体气动驱动器常被用作为软体抓手,但在抓取质量较大的物体时常常因为反作用力产生变形而导致抓取失败。针对这一现象,文中提出一种基于视觉的软体气动驱动器变形观测方法。文中利用相机记录软体气动驱动器在不同气压下作用下的弯曲变形图片,使用视觉处理的方法提取出驱动器的变形曲线以便更准确地观测驱动器的变形。使用有限元仿真软件ABAQUS对驱动器在不同气压作用下的变形进行仿真分析并提取变形曲线。实验曲线和仿真曲线的相似度的对比结果表明,基于视觉提取驱动器变形曲线的方法可以更加准确地观测驱动器的变形。     

双作用气动软体驱动器的设计与分析

为模仿环节动物的纵肌与环肌功能，实现驱动器径向运动和轴向运动的拮抗作用，设计了一种双腔体双作用的气动软体驱动器。该软体驱动器由可实现轴向伸长运动的内腔轴向驱动器和可实现径向膨胀变形的外腔径向驱动器组成。为提高性能，软体驱动器外部结构采用了折叠方式，并通过有限元仿真分析了不同折叠参数对性能的影响。经实验测试，在0.03 MPa的通气压力下，六折叠结构软体驱动器最大轴向伸长率可达到24.2%，实现了对环节动物纵肌与环肌功能的模仿。     

三维气动软体驱动器弯曲建模与分析

为设计弯曲性能优越的三维气动软体驱动器,针对单腔通气时驱动器的弯曲变形机理,展开了弯曲特性的研究。首先基于Yeoh模型的能量密度分布函数,结合驱动器弯曲时的静力平衡方程,建立驱动气压与驱动器弯曲角度变形的非线性数学模型;其次,通过数学模型分析气腔半径、中心圆半径以及壁厚对弯曲的影响,并通过建立单目标多约束优化模型寻找最优尺寸组合;然后通过有限元仿真,进一步研究两腔通气时驱动器弯曲角、偏转角与末端点坐标的变化规律。最后通过对比理论模型、有限元仿真、样机试验的数据。结果表明:在60kPa气压的范围内,理论结果、仿真结果与试验结果的表明上述分析参数对弯曲影响的趋势保持一致,从而验证了理论模型的正确性。上述研究为设计气动软体弯曲驱动器提供了可靠的理论基础。     

仿生章鱼爪气动螺旋软体驱动器仿真及实验

由弹性材料制成的气动多腔室型软体驱动器可以通过简单的控制产生复杂的运动。提出并设计了0°PN和60°PN两种多腔室仿生章鱼爪软体驱动器。0°PN软体驱动器能够进行二维弯曲运动,60°PN软体驱动器在0°PN的结构基础上更改腔室角度,能够实现三维空间的弯曲和扭转,形成螺旋结构。使用Abaqus软件对软体驱动器进行有限元分析,得到两种软体驱动器的气压-位移变化曲线、气压-末端输出力变化曲线。利用模具浇铸法制作0°PN和60°PN软体驱动器,并开展两种软体驱动器在不同气压下的弯曲试验和末端输出力的测量试验,实验与仿真结果一致,结果表明60°PN软体驱动器的气压承载能力提高1.5倍,末端输出力提高1.8倍。     

基于三维软体驱动器的手部康复装置研究

针对手部康复装置结构复杂、穿戴舒适性差、制作成本高等问题,提出了一种基于三维软体驱动器的新型手部康复装置。首先,根据手部功能运动范围分析,设计了具有三空腔结构和纤维增强结构的三维软体驱动器。其次,利用Yeoh模型、虚功原理和结构分析,建立了以空气压强、纤维匝数为输入量,弯曲角度为输出量的数学模型。然后,通过有限元分析,确定了纤维匝数和建议工作压强,降低了数学模型的计算量。最后,使用3D打印技术和硅胶材料完成了样机的制作。为了验证以上理论,在软体驱动器综合实验平台上进行了性能测试。结果表明,该软体驱动器的最大弯曲角度、指尖力和相对误差分别为230°、1.08 N和25.04%;该装置可以模仿常见手势,抓取日常生活用品,能够满足基本的手部康复训练。     

软体驱动器研究综述

软体驱动器具有多变灵活、自适应性强等特点,近几年成为了国内外学者的研究热点。围绕近年来软体驱动器的研究进展及成果,重点分析了软体驱动器各类驱动方式的工作原理与特点。阐述了各类软体驱动器在软体机械手与软体机器人中的研究现状及在实际应用上存在的不足。综述了软体驱动器主要关键技术的研究进展及目前存在的问题,最后探讨了软体驱动器的发展趋势。     

仿生软体驱动器的研究综述

软体驱动器是智能和交互式软体机器人的核心部件,由于其高度的灵活性、良好的环境适应能力以及安全可交互等优势,被广泛应用于工业、农业、医学、救护和公告服务等领域。研究人员通过对生物的模仿制造出了各种类型的软体驱动器。围绕国内外近些年来软体驱动器的研究成果,介绍了国内外软体机器人中所采用的软体驱动器技术的基础研究发展现状;针对软体驱动器的基本特性对其进行了系统归纳分类,介绍了各类型软体驱动器的基本工作原理,介绍了各种软体驱动器各领域的的应用现状以及各种类型驱动器的优缺点和在实践应用中存在的问题;对软体驱动器未来的发展趋势进行展望。     

基于骨架的气动软体仿人手指设计与仿真分析

针对现有的软体机械手手指存在弯曲形态单一、运动范围小等缺点,设计了一款基于骨架的气动软体仿人手指.该手指由3个弯曲驱动器和2个伸长驱动器的交叉组合而成,既能通过弯曲驱动器灵活地实现复杂弯曲动作,又能通过伸长驱动器控制运动范围.文中通过对基于骨架的气动软体仿人手指结构进行设计,使用Abaqus仿真软件对弯曲驱动器和伸长驱...     

隔膜泵用电磁执行器的软着陆设计与仿真

电磁螺线管驱动器行程短,响应速度较快,从而实现快速动作,常用于快速直线运动的工业应用中,如隔膜泵的直线驱动.在实际应用中,隔膜泵中柱塞的高速冲击大大降低了隔膜的寿命并带来较大的噪声.通过经验公式建立隔膜泵中电磁驱动机构模型,并通过比例积分微分控制对电磁驱动机构模型进行控制,实现柱塞的软着陆,从而提升隔膜泵的性能.通过C...     

一种通用型负压软体机械手的设计与分析

由柔性材料制成的软体机械手不仅可以提高人机交互的安全性,而且对抓取对象也有一定的保护作用.设计了一种基于低成本3D打印技术的通用型负压软体机械手,该机械手主要由软体驱动器、手指和吸盘组成.软体驱动器提供动力,手指和吸盘用于抓取,且手指和吸盘既能独立又能组合工作.软体驱动器采用波纹管结构,并通过有限元仿真分析了不同结构参...     

核电用软密封旋塞阀的设计及仿真分析

介绍了核电用软密封旋塞阀的结构特点和设计计算方法。利用有限元软件ANSYS对核电用旋塞阀进行模态分析,计算旋塞阀在正常工况、异常工况、紧急工况和事故工况下的应力,分析结果表明该旋塞阀在上述工况下均能保证其结构完整性,满足ASME规范的设计要求,具有良好的工程实用价值。     

核级阀门气动执行机构地震试验的仿真分析

介绍了核级阀门气动执行机构地震试验的仿真分析。建立了执行机构的简化模型,并进行有限元分析。同时,论述了应力评定准则。地震试验仿真分析结果显示阀门气动执行机构的固有频率高于标准要求33Hz,在工作载荷、重力和地震载荷综合作用下模型的应力值在许用值范围内。     

气撑式软体末端执行器的设计与分析

针对目前多指型软体末端执行器难以平稳夹持不同口径容器的问题,开展了一种能够从内部支撑夹持的气撑式软体末端执行器的设计与分析,提出一种新的夹持方式.首先设计气撑式软体末端执行器的结构,由软体驱动器和连接装置构成;其次基于Yeoh模型、虚功原理和软体驱动器结构建立驱动气压与软体驱动器膨胀变形的非线性数学模型;然后开展软体末...     

音圈隔膜泵电磁驱动装置的设计与仿真

提出一种音圈式电磁隔膜泵,通过分析音圈电磁执行器各部件,结合经验公式,建立了音圈电磁隔膜泵的理论模型;通过有限元软件COMSOL分别建立了稳态和瞬态下的多物理场模型,探究了永磁体与线圈几何结构对音圈电磁隔膜泵执行器电磁力产生的影响,并对模型参数进行分析;通过比较模型和直动式电磁执行器模型的电磁力特性和电流特性,验证了音...     

Simulation of Upset Heading, Application of Rigid-Plastic Finite Element Analysis and some Experiments

The application of rigid-plastic finite-element analysis to solve industrial metal forming problems, especially the upset-heading of solid circular cylindrical billets made of ductile materials is discussed. A simple numerical program is developed for simulating the mechanics of the deformation process. Results are obtained from the finite-element analysis on the variation of upset-heading load against variation in reduction in height/diameter ratios of the specimens and on the geometry changes. The characteristic deformation modes and the profile shapes etc. are shown compared with the experiments using a model material and are commented upon. It was found that the agreement between the results was good and that the computation, using a simple approach, may be done for more than 40% reduction in height of the specimen. Because of the more severe deformation at this reduction, the work so far in this area has been restricted. ID="A1" Correspondence and offprint requests to: Dr N.R. Chitkara, Applied Mechanics Division, Department of Mechanical Engineering, UMIST, PO Box 88, Manchester, M60 1QD, UK     

面向空间软捕获的双模传动关节设计与仿真

星载抓捕机构在空间目标捕获任务中发挥着重要作用,然而空间捕获时的对接碰撞很容易导致抓捕机构失稳。针对空间捕获软对接问题,设计了一种双模传动软接触关节,既能实现双自由度刚性传动,同时可通过阻尼吸振实现空间六维碰撞的缓冲和卸载。在ADAMS仿真软件中建立单关节星载抓捕机构模型,通过空间单维和六维碰撞下的仿真研究,验证了软接触关节缓冲和卸载空间六维碰撞的原理及其对基座与关节稳定的有效性。进一步建立三关节星载抓捕机构模型,通过空间六维碰撞下的仿真试验,说明了双模传动软接触关节在多关节抓捕机构中应用的有效性。