留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

一种软体末端执行结构设计与试验分析

曹淼龙 杨元健 张波 CHIWAWATafara Austine

曹淼龙, 杨元健, 张波, CHIWAWATafara Austine. 一种软体末端执行结构设计与试验分析[J]. 机械科学与技术, 2022, 41(2): 207-212. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200315
引用本文: 曹淼龙, 杨元健, 张波, CHIWAWATafara Austine. 一种软体末端执行结构设计与试验分析[J]. 机械科学与技术, 2022, 41(2): 207-212. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200315
CAO Miaolong, YANG Yuanjian, ZHANG Bo, CHIWAWA Tafara Austine. Design and Experimental Analysis of Soft Actuator[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2022, 41(2): 207-212. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200315
Citation: CAO Miaolong, YANG Yuanjian, ZHANG Bo, CHIWAWA Tafara Austine. Design and Experimental Analysis of Soft Actuator[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2022, 41(2): 207-212. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200315

一种软体末端执行结构设计与试验分析

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200315
基金项目: 

国家自然科学基金项目 51975537

详细信息
    作者简介:

    曹淼龙(1978-), 高级实验师, 硕士生导师, 硕士, 研究方向为新能源汽车零部件设计与仿真, cml_q@163.com

  • 中图分类号: TH138

Design and Experimental Analysis of Soft Actuator

  • 摘要: 设计了一种类似于手指的末端执行器结构, 包含3个"关节", 由邵氏硬度为83 A的热塑性弹性体(TPE)3D打印而成。因成型温度等因素对材料结构参数的影响, 通过拉伸试验获取应力应变曲线, 计算出基于Mooney-Rivlin模型下当前材料参数C10C01, 籍此有限元软件仿真分析其弯曲性能, 进行弯曲性能试验对比分析有限元仿真结果。搭建试验台架进行抓取试验, 有效抓取0~100 g范围内的试验物体。
  • 图  1  执行器模型

    图  2  执行器剖面图

    图  3  拉伸试验

    图  4  仿真效果

    图  6  试验压强-弯曲角度曲线

    图  5  弯曲性能试验台

    图  7  夹具

    图  8  试验台架

    图  9  抓取试验

    表  1  软体执行器尺寸参数

    参数 数值/mm 参数 数值/mm
    底部长度L1 80 执行器高度H1 20
    顶部长度L2 60 关节左高度H2 6
    关节外长度L3 15 壁厚T1 2
    关节内长度L4 8 限制层厚T2 2.4
    关节间隙L5 1 充气孔直径D 4
    下载: 导出CSV

    表  2  主要切片参数

    填充密度 打印速度/(mm·s-1) 打印温度/℃ 打印材料直径/mm 喷嘴直径/mm
    100% 60 240 1.75 0.4
    下载: 导出CSV

    表  3  不同压强下仿真与试验弯曲角度

    充气压强/MPa 仿真弯曲/(°) 试验结果/(°)
    0 0 0
    0.02 2 1
    0.04 4 3
    0.06 6 4
    0.08 9 6
    0.10 11 7
    0.12 14 10
    0.16 18 12
    0.18 19 13
    0.20 21 15
    0.22 23 16
    0.24 26 18
    0.26 27 21
    下载: 导出CSV

    表  4  抓取物品尺寸及质量

    物品 尺寸/mm 质量/g
    猕猴桃 50×30×45 60
    气阀转接口 20×20×35 45
    鼠标 88×11×30 98
    电蚊香 40×20×80 75
    下载: 导出CSV
  • [1] 管清华, 孙健, 刘彦菊, 等. 气动软体机器人发展现状与趋势[J]. 中国科学: 技术科学, 2020, 50(7): 897-934 https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JEXK202007006.htm

    GUAN Q H, SUN J, LIU Y J, et al. Status of and trends in soft pneumatic robotics[J]. Scientia Sinica Technologica, 2020, 50(7): 897-934 (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JEXK202007006.htm
    [2] SHEPHERD R F, ILIEVSKI F, CHOI W, et al. Multigait soft robot[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2011, 108(51): 20400-20403 doi: 10.1073/pnas.1116564108
    [3] LASCHI C, CIANCHETTI M, MAZZOLAI B, et al. Soft robot arm inspired by the octopus[J]. Advanced Robotics, 2012, 26(7): 709-727 doi: 10.1163/156855312X626343
    [4] BARTLETT N W, TOLLEY M T, OVERVELDE J T B, et al. A 3D-printed, functionally graded soft robot powered by combustion[J]. Science, 2015, 349(6244): 161-165 doi: 10.1126/science.aab0129
    [5] 顾苏程, 王保兴, 刘俊辰, 等. 纤维增强型软体夹持器变形及末端接触力[J]. 北京航空航天大学学报, 2020, 46(2): 447-456 https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-BJHK202002024.htm

    GU S C, WANG B X, LIU J C, et al. Deformation and end contact force of fiber-reinforced soft gripper[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2020, 46(2): 447-456 (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-BJHK202002024.htm
    [6] 范需, 戴宁, 王宏涛, 等. 气动网格软体驱动器弯曲变形预测方法[J]. 中国机械工程, 2020, 31(9): 1108-1114 doi: 10.3969/j.issn.1004-132X.2020.09.013

    FAN X, DAI N, WANG H T, et al. Bending deformation prediction method of soft actuators with pneumatic network[J]. China Mechanical Engineering, 2020, 31(9): 1108-1114 (in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1004-132X.2020.09.013
    [7] GUO J, ELGENEIDY K, XIANG C, et al. Soft pneumatic grippers embedded with stretchable electroadhesion[J]. Smart Materials and Structures, 2018, 27(5): 055006 doi: 10.1088/1361-665X/aab579
    [8] YUEN M C, BILODEAU R A, KRAMER R K. Active variable stiffness fibers for multifunctional robotic fabrics[J]. IEEE Robotics and Automation Letters, 2016, 1(2): 708-715 doi: 10.1109/LRA.2016.2519609
    [9] OTAKE M, KAGAMI Y, INABA M, et al. Motion design of a starfish-shaped gel robot made of electro-active polymer gel[J]. Robotics and Autonomous Systems, 2002, 40(2-3): 185-191 doi: 10.1016/S0921-8890(02)00243-9
    [10] YAP H K, NG H Y, YEOW C H. High-force soft printable pneumatics for soft robotic applications[J]. Soft Robotics, 2016, 3(3): 144-158 doi: 10.1089/soro.2016.0030
    [11] 张仟, 彭院中, 艾琦, 等. 基于ABAQUS软件的橡胶Mooney-Rivilin模型材料系数两种确定方法的分析[J]. 特种橡胶制品, 2017, 38(6): 52-54 https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-TZXJ201706012.htm

    ZHANG Q, PENG Y Z, AI Q, et al. Analysis of two methods for determining material coefficient of Mooney-Rivilin rubber model based on ABAQUS software[J]. Special Purpose Rubber Products, 2017, 38(6): 52-54 (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-TZXJ201706012.htm
    [12] 张晗. 气动软体机械手抓取性能研究[D]. 西安: 西安理工大学, 2019

    ZHANG H. Research on grasping performance of pneumatic soft gripper[D]. Xi'an: Xi'an University of Technology, 2019 (in Chinese)
    [13] 黄建龙, 解广娟, 刘正伟. 基于Mooney-Rivlin和Yeoh模型的超弹性橡胶材料有限元分析[J]. 橡塑技术与装备, 2008, 34(12): 22-26 doi: 10.3969/j.issn.1009-797X.2008.12.004

    HUANG J L, XIE G J, LIU Z W. Finite element analysis of super-elastic rubber materials based on the Mooney-Rivlin and Yeoh Model[J]. China Rubber/Plastics Technology and Equipment, 2008, 34(12): 22-26 (in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1009-797X.2008.12.004
    [14] HOWELL H G, MAZUR J. Amontons' law and fibre friction[J]. Journal of the Textile Institute Transactions, 1953, 44(2): T59-T69 doi: 10.1080/19447025308659728
    [15] LINCOLN B. Frictional and elastic properties of high polymeric materials[J]. British Journal of Applied Physics, 1952, 3(8): 260 doi: 10.1088/0508-3443/3/8/304
    [16] PETCHARTEE S, MONKMAN G. Slip prediction through tactile sensing[J]. Sensor and Transducers Journal, 2008, 90: 310-324
    [17] MUTHUSAMY R, HUANG X Q, ZWEIRI Y, et al. Neuromorphic event-based slip detection and suppression in robotic grasping and manipulation[J]. IEEE Access, 2020, 8: 153364-153384 doi: 10.1109/ACCESS.2020.3017738
  • 加载中
图(9) / 表(4)
计量
  • 文章访问数:  111
  • HTML全文浏览量:  47
  • PDF下载量:  31
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2020-08-12
  • 刊出日期:  2022-02-25

目录

    /

    返回文章
    返回