气动软体机械手抓取性能研究

发布时间：2020-06-21 13:31

【摘要】：机械手爪作为末端执行器是机器人实现抓取操作的重要部件。随着工业自动化的应用领域越来越广泛、抓取操作对象越来越多样化,传统的机械手爪难以满足对于柔软、易碎物品的柔顺抓取要求。软体抓持装置具有较好的柔顺性,拥有广阔的应用前景。由于对软体抓持装置的研究多限于装置结构,为了更好的将软体机械手融入到自动化生产中,本文根据软手指工作原理及制作工艺,设计并制作了一种具有软手指的气动软体机械手,将软手指的特点与抓取理论相结合,研究了气动软体机械手的指尖抓取和包络抓取性能,并通过实验对理论模型进行了验证。主要研究内容如下:对单根手指力学特性进行了研究,提出了基于人工神经网络的手指力学特性映射关系模型。基于Yeoh模型,建立了软手指弯曲角度与充气压力之间关系的数学模型,采用有限元分析法对充气压力、手指弯曲角度和指尖力的关系进行了研究,进行了软手指的力学特性实验,验证了理论模型及有限元模型的准确性,利用人工神经网络将实验结果拟合,得到了手指充气压力、手指弯曲角度与指尖力的非线性关系。建立了软体机械手对一般物体的指尖抓取模型,并进行了稳定抓取和无损抓取分析。以抓取稳定性为优化目标,通过遗传算法计算得到了最优抓取接触位置,以抓取接触力为优化目标,通过遗传算法计算得到了最小接触力,结合优化结果与神经网络模型分析了手指充气压力与抓取性能的关系,设计了软体机械手抓取实验台,测试了软体机械手在不同气压下对抓持对象的指尖抓取能力,验证了稳定抓取模型和无损抓取模型的正确性。提出了一种基于离散化连杆手指简化模型的分析方法,建立了软体机械手的包络抓取模型并进行了包络抓取分析。基于有限元分析结果使用二次多项式拟合了离散手指简化模型的力学特性,计算了充气压力对包络抓取性能的影响,通过包络抓取实验验证了包络抓取模型的正确性,对生活中常见物品的抓取实验表明,本文所设计的软体机械手对于柔软、易碎、形状差的物品具有良好的适应性。
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP241
【图文】：

多指灵巧手,夹爪,刚性

论研究背景及意义62 年，世界上第一台工业机器人问世，标志着工业化生产进入了新的时代以来，机器人技术的不断发展，机器人已经渗透到生产生活中的各个领域夹持装置的机器人被用于分拣、装配等应用场合。现今，常见的末端执行器:①刚性夹爪[3]，如图 1-1（a）所示，该类执行器多为连杆机构，主要采用构形式，此类夹爪结构简单，适用于操作简单、抓持对象较为固定的场合、成本低等优点。但是，其自由度较少，难以实现对抓取接触位置和抓持力因此不适用于抓取易碎、形状差异较大的物品。并且此类抓持装置的通用同的抓持对象需要选择不同的夹爪。②多指灵巧手[4-6]，如图 1-1（b）所示模拟人手的结构和功能，具有较好的适应性和灵活性，手指一般具有多个各种复杂的仿人手动作。但其结构较复杂，控制难度大，使用成本高，一般疗等领域应用。

颗粒堵塞,原理,软体

研究现状国内外学者对软体抓持装置的研究热情不断增加，研究领域涵材料、制造、驱动、传感、控制、建模等诸多方面[15-16]。从可用在工业、农业、医疗、服务等领域；从结构形式上可分为手的卷曲抓持装置和基于负压变形的薄膜抓持装置；从驱动方驱动和功能材料驱动。本文所研究的软体机械手属于气压驱动现状体机械手爪方面的研究起步较早，2010 年芝加哥大学的 Eri”原理，制作了一种没有手指的抓持装置。其原理如图 1-2 所粒的袋状软包。当软包压到抓持对象时，软包会根据抓持对象出软包内的空气形成负压，在摩擦力的作用下粗糙颗粒相互紧被夹紧。这种抓持装置结构简单，控制难度低，但无法抓取体积

【相似文献】