一种通用型气动软体夹持器的设计与分析

由柔性材料制成的末端软体夹持器依靠结构本身的弹性变形实现对物体的无损抓持,具有自由度高、适应性强的特性,在非结构化环境中具有广阔的应用前景。目前,多数软体夹持器功能单一,适应性差,难以实现对各种形状、尺寸物体的通用抓取。为解决这一问题,通过分析形状尺寸各异物体对软体夹持器结构及性能的要求,结合现有夹持器的优点,设计出一种中间部位能抓取体积较大目标、尖端部位可精确夹持细微物体的通用型气动软体夹持器。基于Yeoh模型建立夹持器变形角度与压力关系数学模型,使用ABAQUS软件对其进行正压和负压仿真,分析出夹持器的弯曲变形情况,得到其极限气压。通过实物的变形实验,得到仿真结果和实验结果相对误差为9.10%,验证了仿真的有效性和变形角度与压力关系数学模型的准确性。

气动软体夹持器的结构设计及其制备工艺

软体夹持器由软材料制成,具备良好的顺应性,能实现对不同形状物体的无损抓取.分析了单腔气动软体夹持器的变形过程,设计了上壁呈褶皱形的,可以实现大角度弯曲的多腔软体夹持器,分析结果显示上壁褶皱深度越大,软体夹持器的变形越大.并分析了夹持器腔体的排列角度对夹持器弯曲变形的影响,设计了可以螺旋弯曲的多腔软体夹持器.为提高软体夹持器的抓取可靠性,设计了具有倒V形、一字形和V字形下壁结构的软体夹持器,仿真分析结果显示,倒V形和一字形对于球形或类球形物体的抓取接触面积相较于下壁为实心矩形的结构分别提高了69%和52%,这极大提高了软体夹持器的抓取可靠性.通过注模的方式制作了多腔软体夹持器,试验展示了软体夹持器可以抓取圆柱形、球形、细长形、长方形的物体.

基于主动包络和负压塑形的软体适形夹持器

借鉴软体生物的结构和功能特点,设计并制作一种气动软体塑形夹持装置。该装置的夹爪由软体材料制成,软体夹爪能张开和闭合,实现双向弯曲以夹持或释放物体。同时,提出多腔室软体和负压塑形单元相结合的结构型式,并得出技术实现方案,即用细颗粒物填充末端气囊,充气后先适应物体外轮廓发生变形,继而抽真空使气囊固化为夹持物外形,从而与物体形成可靠约束,对于外形尺寸不规则的异型件有良好的夹持效果。试制完成的塑形夹持装置以气压驱动的软体结构增大夹持装置与物体的接触面积,并采用负压塑形技术以大幅提高形状适应能力。研究成果为软体塑形夹持装置提供了理论和技术支持,可为食品分拣、海洋生物研究、混流生产等领域提供有益参考。