面向超轻质软体操作臂的介电弹性体驱动单元研究

发布时间：2019-05-30 15:29

【摘要】：软体机器人相比传统刚性机器人有着灵活性高、安全性好、环境适应性强等优势,具有广阔的应用前景。其中类似象鼻或章鱼触手这种具有连续大变形能力的软体操作臂,一直是学者们研究的热点,而影响软体操作臂工作性能的最主要因素是驱动材料和变形方式。本文选择具有高能量密度的介电弹性体作为驱动材料,以封闭结构体局部大挠曲为变形方式,研究了一种可用于组建软体操作臂的驱动单元,具体研究内容如下。本文通过对象鼻构造分析,对单元结构进行了设计与改进,分析了先后两种方案的驱动原理,并以改进后的方案为进一步研究的对象。根据设定工况结合介电弹性体薄膜的曲面形貌与单元刚度需求进行参数设计;通过对单元框架的受力分析,采用等效思想建立了单元的静力学模型;提取单元核心参数,结合理论计算与实验结果,利用最小二乘法拟合出单元的变形角优化路线;选取合适的介电弹性体材料模型,设计实验对模型参数进行测定,利用ABAQUS对驱动单元的变形历程进行仿真,分析了仿真结果与误差成因。本文还研究了驱动单元的制造工艺,并针对单元驱动性能测试与软体操作臂应用构建了相应的实验平台。通过实验探究验证了两种驱动方案的可行性,对两种方案下的单元性能指标进行了测试,主要包括输出角位移与输出力矩,得到了各项指标与加载电压的关系,并通过多层膜方案大幅提高了单元输出力矩,最后评估了两种方案的综合性能;针对新结构探究了其核心参数对结构变形的影响,并采用新结构为基本单元设计制造成一种三单元串联式软体操作臂,对操作臂进行了刚度优化,最后成功应用于负载搬运与管道勘测任务,实现了软体操作臂的超轻质和连续大变形行为。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP242

【参考文献】

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本文编号：2488964