摩擦增强型软体机械手设计与研究

来源 :中国石油大学(华东) | 被引量 : 0次 | 上传用户:JohnWaken19
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由于工业自动化的需要,机械手被越来越广泛的应用于机械制造,冶金等领域。与此同时,传统机械手的各种缺点也暴露了出来,其柔顺性、交互性和安全性较差,导致了其在外形多变、易碎的物体抓取,残疾人康复辅助装置的应用当中都具有一定的局限性,从而限制了机械手的应用。针对传统机械手的上述缺点,本文研究了摩擦增强型软体机械手,该软体机械手柔顺性好,交互性和安全性高,并且其上还附有仿生纳米纤维阵列薄膜,从而具有更强的摩擦力。制备了用于增加软体机械手摩擦力的聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane,PDMS)纳米纤维阵列薄膜,选择了合适的制备方法,并探究了在该方法下制备纳米纤维阵列薄膜的工艺流程,通过实验为各个流程找到了合适的工艺参数。测量了制备得到的纳米纤维阵列薄膜的接触角,并设计对比试验证明了薄膜上具有纳米纤维阵列;还研究了纳米纤维阵列薄膜的静摩擦特性,并通过对比实验证明纳米纤维阵列薄膜可以提高软体机械手的摩擦力。完成了软体机械手的结构设计和制造。选择气动驱动作为软体机械手的驱动方式,确定了软体机械手的结构形式。选择Neo-Hooke应变能函数描述材料的变形,通过拉伸实验测出了材料的特性参数,并使用材料特性参数计算出应变能函数的系数;根据确定的应变能函数对软体机械手进行了有限元分析,研究了尺寸参数对软体机械手受力弯曲的影响,并通过理论分析证明了有限元分析的正确性;根据仿真分析结果确定了软体机械手的尺寸参数。根据软体机械手的结构形式和尺寸参数,设计制造软体机械手所使用的模具,并用3D打印机将模具打印出来,然后通过浇铸制造出所设计的软体机械手;并在软体机械手上附加纳米纤维阵列薄膜以提高软体机械手工作时的摩擦力。根据软体机械手的驱动方式和工作方式,确定软体机械手的控制原理,并进行了控制系统的参数化设计,确定了控制系统的控制策略,设计了控制电路图;根据控制电路图搭建了控制电路,并编写了对应的控制程序,进而对控制系统进行了测试。最后将控制系统和软体机械手相结合,研制出了软体机械手的样机,并进行了抓取实验。
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