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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
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    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
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    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
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    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
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  • 收稿日期:  2020-08-12
  • 刊出日期:  2022-02-25

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