【摘 要】
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目前大多数软体驱动器只能实现整体弯曲,在人机交互或者抓持作业领域存在作业效率低、灵活性差等问题。在机器人领域中,一体式弯曲驱动器在人机交互过程中无法有效地贴合人体手指的外表面;在抓取作业中,一体式弯曲驱动器也不是最佳的结构,尤其是当物体形状较复杂时,驱动器无法与物体表面形状相吻合,抓取物体稳定性差。论文基于TRIZ理论结合人体手指的解剖结构和相应的关节运动范围,通过改变气腔结构和分布,提出了由硅胶
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目前大多数软体驱动器只能实现整体弯曲,在人机交互或者抓持作业领域存在作业效率低、灵活性差等问题。在机器人领域中,一体式弯曲驱动器在人机交互过程中无法有效地贴合人体手指的外表面;在抓取作业中,一体式弯曲驱动器也不是最佳的结构,尤其是当物体形状较复杂时,驱动器无法与物体表面形状相吻合,抓取物体稳定性差。论文基于TRIZ理论结合人体手指的解剖结构和相应的关节运动范围,通过改变气腔结构和分布,提出了由硅胶材料制成的三段腔室的软体驱动器的设计方案,在特定领域具有很强的适应性和柔韧性,可提供更多自由度和更好集成度。在人机交互过程中具有较强的安全性以及在抓持作业中可以根据负载的变化来调节每段腔室气压,使得驱动器可以与物体更好的贴合,实现柔顺作业。本课题将机器人驱动部分用软材料制成,主体结构由3D打印技术或刚性材料制成,设计了一种变胞式刚柔耦合机器人,可用于康复领域、地震灾后探测以及抓持作业等领域。在对正常人的手指结构和弯曲角度进行分析的基础上,采用UG创建了符合正常人运动规律的人体手指三维模型,运用Yeoh超弹性本构模型与虚功原理,结合硅胶材料结构参数,假设每段弯曲为常曲率弯曲,建立被动弯曲角度与充入气体压强之间非线性数学关系,继而建立驱动器变形数学模型。采用RTV系列硅胶材料,结合3D打印技术以及模具铸造技术制作了软体驱动器。设计了软体驱动器对应的控制回路,对相应的元器件进行选型。通过设置不同的训练模式,满足患者不同阶段的康复训练要求。搭建软体驱动器测试实验平台验证软体驱动器内部压强与角度之间的关系,测试驱动器指尖输出力以及弯曲变形轮廓以评估其功能。三关节式软体手指突破了传统机械手局限性,可更加安全、灵活地与患者交互,与可穿戴设备结合帮助特殊人群完成一些生理活动,可为患者提供多种康复训练方式,具有较好的康复效果。基于变胞机构理论设计了变胞式刚柔耦合机器人,分析机器人运动学、静力学以及操作类型,机器人可实现各个方向的行走以及抓取等功能。为今后软体机器人在工程领域的应用提供了参考依据,也为软体机器人的未来发展提供了方向。图[73]表[12]参考文献[115]
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