细长果蔬采摘软体气动抓手设计与参数优化

为实现细长果蔬的无损采摘,设计一种充气呈螺旋运动的软体气动抓手。对该抓手进行有限元静力学仿真分析,采用3因素3水平的中心组合设计与响应面分析方法,研究各因素对软体气动抓手螺旋特性的交互影响。以软体气动抓手的螺旋直径和螺距为响应值,分别建立二次回归模型,得到模型的决定系数分别为0.9987和0.9351,各因素对螺旋直径和螺距的影响显著性顺序从大到小均为:壁厚、内腔室高度、腔室角;以软体气动抓手的仿真直径35 mm、仿真螺距[50 mm,150 mm]为目标函数对各试验因素进行优化,最优设计结果为壁厚2.51 mm、腔室角30.52°、内腔室高度11.91 mm。制作软体气动抓手并进行仿真试验对比,结果表明,螺旋直径与螺距的误差均小于5%。对该抓手在不同气压下的抓取力进行试验,结果显示,软体气动抓手在气压0.13 MPa下至少具有3.37 N的抓取力;通过抓取不同尺寸、不同柔软度细长果蔬的试验证明了软体气动抓手抓取的有效性;以水果黄瓜为采摘对象,在3.6 s内实现了黄瓜的抓取与断梗。