基于仿生吞食原理的大负载软体抓持装置设计与分析

发布时间：2021-05-21 15:13

　　面向软体抓持装置负载能力弱的问题,本文对生物的吞食机理进行研究,以仿生吞食的原理为基础,对软体机器人结构进行创新设计,提出了用于抓取的柔顺导向结构和新型抓取方法,设计出一款基于仿生吞食原理的大负载软体抓持装置。分别从仿生机理分析、关键结构设计、抓取模型建立、样机的研制及相关抓取实验几个方面展开研究。丰富了软体抓持装置的研究方法,为软体抓取机器人的负载提升提供了新的设计思路。首先,根据软体机器人负载能力弱这一难点,本文从仿生吞食原理出发,分析了生物食道的结构特点和运动规律,进行模拟人体食道结构的仿生设计,创新性地提出了双层封闭气囊的柔顺导向结构。并针对该软体结构设计了两种不同驱动的抓持装置并进行优选分析。结合气动软体抓持和刚性驱动部件,采用刚柔耦合结构特点。提出了基于仿生吞食原理的大负载软体抓持装置的设计方案,并利用三维软件对其进行相关结构设计。然后,从其核心部件柔顺导向结构入手,基于等圆弧理论,对软体柔顺导向体的抓取力学特性进行研究,分析了该抓持装置在抓取过程中不同抓取位置的受力特征,并以此确定了抓取条件。并根据其特殊结构特点,对驱动力及驱动方式进行分析。以及抓取完成后抗冲击特性的定性... 

【文章来源】：燕山大学河北省

【文章页数】：66 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究的目的和意义
    1.2 软体机械手研究现状
    1.3 软体仿生机器人研究现状
    1.4 本文的主要研究内容
第2章 仿生机理及结构设计
    2.1 引言
    2.2 仿生机理及原理分析
    2.3 基于仿生吞食原理的软体方案设计
        2.3.1 大负载软体抓持装置设计要求
        2.3.2 模拟食道挤压作用的软体抓持装置方案设计
        2.3.3 模拟食道吞食原理的软体抓持装置方案设计
        2.3.4 仿生软体抓持装置方案对比分析
    2.4 基于仿生吞食原理的软体手结构设计
        2.4.1 气囊组件结构设计
        2.4.2 驱动结构及结构件设计
    2.5 本章小结
第3章 软体抓持装置静力学特性分析
    3.1 引言
    3.2 柔顺导向体驱动力分析
    3.3 柔顺导向结构抓取力分析
        3.3.1 基本假定
        3.3.2 气囊初始形状及受力分析
        3.3.3 对抓取圆柱类物体抓取分析
    3.4 力封闭和形封闭定性分析
        3.4.1 形封闭抓取
        3.4.2 力封闭抓取
        3.4.3 抗冲击稳定性分析
    3.5 本章小结
第4章 样机研制与控制系统设计
    4.1 引言
    4.2 柔顺导向体加工工艺研究
        4.2.1 柔顺导向体模具设计
        4.2.2 硅胶浇注过程
    4.3 样机的组装其他结构件的制作
    4.4 气动控制平台的搭建
        4.4.1 控制系统硬件组成
        4.4.2 控制系统硬件参数
    4.5 本章小结
第5章 实验平台搭建和相关性能分析
    5.1 引言
    5.2 对于圆球、圆柱、棱柱等规则物体拉脱力实验
        5.2.1 柔顺导向体拉脱力实验
        5.2.2 增长形柔顺导向体拉脱力实验
    5.3 异形物抓取实验
    5.4 以水为介质的柔顺导向体抓取性能实验
    5.5 柔顺导向体抗冲击实验
    5.6 驱动力对照实验
    5.7 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]Variable-model SMA-driven spherical robot[J]. PAN Jie,SHI ZhenYun,WANG TianMiao.  Science China（Technological Sciences）. 2019(08)
[2]软体机器人:结构、驱动、传感与控制[J]. 王田苗,郝雨飞,杨兴帮,文力.  机械工程学报. 2017(13)
[3]一种基于蜂巢气动网络的软体夹持器抓取策略研究[J]. 王宁扬,孙昊,姜皓,陈小平,张昊翀.  机器人. 2016(03)



本文编号：3199931