液压驱动仿生捕蝇草柔性抓手的设计与实验研究

随着科技的发展和生活的需要,柔性抓手因其安全性和柔顺性逐渐成为了研究热点。捕蝇草作为一种能够实现包络抓取的植物,其运动特点对于柔性抓手的抓取运动具有较好的参考性。文中根据软体网格结构和捕蝇草的变形机理,提出了一种由双仿生叶片组成的液压驱动仿生捕蝇草柔性抓手结构。首先基于本构模型提出了完全嵌入式单列网格弯曲角度和压力关系的数学模型,然后基于仿真模型分析了多列网格弯曲角度和压力的关系,确定了柔性抓手0.040 MPa的工作压力。通过分析仿真结果,得出了边缘不完整网格的弯曲角度变化和受力均大于完整网格的结论,证明了不完整网格处是柔性抓手强度的薄弱点。进行了液压驱动和气压驱动仿生叶片的弯曲实验和闭合力实验,证实了在工作压力下液压驱动的性能优于气压驱动,确定了柔性抓手0.010 MPa的准备压力。最后通过适应性实验证明了所设计的柔性抓手能抓取不同形状的物体,证实了最大负载能力达304.3 g。文中设计的液压驱动仿生捕蝇草柔性抓手可以为活体昆虫捕捉和无损采摘提供有效的解决方案,也可为仿生植物机器人的研发提供理论和技术基础。

基于SMA丝驱动的仿生捕蝇草设计与实验研究

捕蝇草具有独特的闭合机制、细胞感应及传递系统,可以快速有效地捕捉猎物。以形状记忆合金丝为驱动材料,通过对捕蝇草的运动机理及运动特性进行分析,研制了一种仿生捕蝇草。建立了仿生捕蝇草单叶片的力学模型,设计并搭建了实验测试平台,通过对仿生捕蝇草单叶片进行性能测试,得到了通电电压、通电电流、占空比对仿生捕蝇草叶片弯曲角度的影响,进而确定了相应控制参数。对仿生捕蝇草进行了功能性实验,实验结果表明:在8 V、3 A、100 ms的参数设置下,仿生捕蝇草最大张开角度为58°,捕捉迅速,响应时间快,能够完成捕捉动作,且具有一定的适应性。