柔性吞咽机械手的结构设计与样机试验

为解决表皮较为脆弱的果实抓取过程中易造成损伤的问题,基于柔性3D打印材料提出了一种结构精简、具有吞咽功能的柔性机械手。对柔性机械手的吞咽动作流程进行了分析,结合D-H坐标法和常曲率变形建立了单手腕的连杆参数表,得到了单手腕的运动学方程;在搭建柔性机械手样机的基础上,对气动元件的形变量进行了测试试验,采用Matlab进行数据拟合,得到了驱动角度与驱动气压的关系式;利用摄像机对机械手抓取西红柿的过程进行了拍摄,通过Get Data获得驱动元件的角度,得到了机械手抓取过程与驱动角度的关系。试验结果表明:通过角度的改变可以实现对柔软果实的良好抓取和吞咽效果。

黄瓜采摘机械臂运动学分析与样机试验

为提高黄瓜机械化采摘的可行性,在完成新型黄瓜采摘机器人设计的同时,针对采摘机械臂这一关键部分展开研究,并制作黄瓜采摘机械臂样机;利用机构组合的形式代替采摘机械臂通常的关节型设计形式,完成黄瓜采摘机器人的整机方案设计。对作为关键部分的采摘机械臂进行机构运动分析和研究。通过建立矢量多边形和Adams运动学仿真对机构运动过程进行分析,证明设计方案的可行性。按照采摘机械臂设计方案进行零件加工装配和控制系统设计,完成试验样机试制,并进行黄瓜采摘试验,对采摘效果进行评价和总结,得到采摘机械臂中存在的问题和缺陷,并在后续的工作中对其进行优化。

基于均匀试验设计的黄瓜采摘机械臂参数优化

基于黄瓜采摘要求设计了一台黄瓜采摘机械臂,通过采用欠驱动机构减少了驱动,降低了机构复杂性。针对欠驱动机构运动不确定性导致该机械臂在工作过程中滑道出现大幅度摆动而降低了机构稳定性的问题,为降低滑道摆动角度峰峰值,借助均匀设计方法完成结构改进模型的Adams仿真试验方案设计,并对不同参数取值下滑道摆动角度峰峰值利用二次多项式回归分析,得出影响滑道摆动角度峰峰值的显著性依次为滑轨倾角、滑轨高度、驱动速度,且滑轨倾角和驱动速度之间存在显著交互作用的结果。最后,利用DPS软件进行变量寻优,得到最优结果为当直线滑台驱动速度为227.25mm/s、滑轨倾角为14.36°、滑轨高度为55.36mm时,滑道摆动峰峰值可达到最小值0.367 9°。基于优化结果制作样机,试验证明滑道的摆动角度峰峰值从0.835 8°降低到0. 375 9°,取得了显著的优化效果。

热塑性聚氨酯材料柔性外壳3D打印技术

针对全柔性伸缩型机械臂外壳在3D打印过程中产生的不粘连现象,提出了一种通过减少工件自身压缩量从而优化整体打印效果的方法.运用Inventor三维建模软件结合Cura 3D打印软件对柔性臂外壳进行建模,并利用3D打印机对热塑性聚氨酯材料进行3D打印加工.通过观察试件的实际打印效果,对打印过程中所产生的不粘连的失效形式进行了分析与研究,在利用不同参数水平对同一试件进行打印后,发现不同参数均通过影响工件的压缩量而影响最终的打印效果.为减少工件受重力产生的压缩量,分别提出设置温差、增加散热与增加表面支撑等改进方法,并将改进后的打印效果与原打印效果进行了对比.试验结果表明:添加表面支撑的方法对提高打印效果作用最大,可以将总体不粘连率从8.2%下降到2.5%,验证了所提出改进方案的合理性.

基于3D打印的柔性机械手研制及试验研究

果实采摘是农业种植生产过程中最耗时费力的环节。为了实现果实的良好抓取,本研究设计了一款结构精简、具有自适应性的柔性机械手,该机械手由柔性手指、气动元件、手腕和底座组成,基于3D打印制作,装配简单。其中,气动元件和柔性手指由柔性材料打印而成,手腕为具有柔性的一体件打印而成;利用气动元件的伸缩功能实现对手腕的驱动,带动柔性手指自适应变形抓取果实。结合常曲率变形和D-H坐标法建立了单手腕的运动学模型。在此基础上,进行了柔性机械手功能性验证试验和安全测试试验。试验结果表明,柔性机械手具有适应果实的形状进行自适应抓取的功能,对表皮较为脆弱的果实没有损伤;气动元件满足使用要求,可以完成对手腕的动作驱动。研究结果将为机械手柔性抓取结构的设计提供参考价值。

棒阳极X射线源聚焦系统的电子光学设计

棒阳极X射线源能够深入到被检物内部进行无损检测,是具有小孔腔特征的金属管壁零部件的可靠性检测的首选方法。具有良好电子光学设计的聚焦系统是棒阳极X射线源获得高分辨率检测的关键之一。首先,从电子光学理论出发,结合棒阳极X射线源的结构特点建立了聚焦系统模型。然后,优化了聚焦系统模型的电子光学参数。最后,搭建了样机,并进行了分辨率测试实验。仿真与实验结果均表明,在50~130 kV加速电压下,样机的分辨率优于50μm。