蚰蜒生物学特性研究与抓取手仿生设计
发布时间：2020-07-05 19:04
【摘要】：在整个抓取机构或系统中,通过识别、检测、运算等一系列分析之后,位于末端的抓取手是整个闭环系统的主要执行机构。在农业生产、工业制造、军事救援、吊运吊、医疗服务等各个领域对抓取手的需求各不相同,但也存在着一些共性需求:抓取手的可靠性和工作效率。如何提高机械手的可靠性和工效,一直是研究热点。仿生学是一门新兴的交叉学科,意在模仿自然界中动植物的形态、结构和功能特性等,对目前的机械结构进行优化与创新设计。本文从仿生学角度入手,选取自然界中攀爬越障能力极强的蚰蜒为研究对象,对其进行生物学特性研究。使用电子秤、测距软件等工具对其生物学参数进行测量和记录。设计统计学试验验证蚰蜒的趋湿性,并测量其各处体表接触角,分析其不同部位的疏水性。应用体视显微镜、扫描电子显微镜对蚰蜒进行微观生物形态观测,通过组织切片染色实验,观察到蚰蜒不同部位内部的主要组织结构。发现在蚰蜒各处体表均存在刚毛结构,结合微观观察试验结果和组织切片试验结果,对刚毛进行分类以及功能的推断,蚰蜒的刚毛主要起机械感知、化学感知和温湿度感知的作用。选取蚰蜒步足的前跗节为仿生原型,并对其生物学特性进行重点观测。发现蚰蜒前跗节是一种多节可弯曲结构;在其表面覆盖着一层整齐且致密的刚毛;在前跗节内部存在且只存在一根贯穿始终的肌肉,蚰蜒通过单根肌肉控制整个前跗节的蜷曲和张开。基于蚰蜒前跗节的生物学特性,分别设计出一种6基节的可缠绕仿生抓取手结构和抓取手仿生非光滑表面,并建立了仿真模型。采用ADAMS软件对仿生抓取手进行仿真模拟,验证了设计的仿生抓取手能达到预期抓取动作,并对抓取过程中多个部件的位移、速度、加速度、力和力矩等参数曲线进行了分析。采用ABAQUS软件对抓取手仿生非光滑表面模型进行摩擦接触有限元分析,与光滑对照组模型进行对比分析,仿生非光滑表面可以有效提高抓取手的抓取效能。以非光滑表面参数刚毛直径d和刚毛间隙l为因素,分析参数对抓取效能的影响规律,并优化其参数。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP242
【图文】：
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本文编号：2743010
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP242
【图文】：
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