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

水弹折纸柔性抓手的结构设计与实验研究

曾阳浩 朱姿娜 史琦婧

曾阳浩, 朱姿娜, 史琦婧. 水弹折纸柔性抓手的结构设计与实验研究[J]. 机械科学与技术, 2023, 42(10): 1602-1608. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220127
引用本文: 曾阳浩, 朱姿娜, 史琦婧. 水弹折纸柔性抓手的结构设计与实验研究[J]. 机械科学与技术, 2023, 42(10): 1602-1608. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220127
ZENG Yanghao, ZHU Zina, SHI Qijing. Structural Design and Experimental Research of Flexible Gripper for Waterbomb Origami[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2023, 42(10): 1602-1608. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220127
Citation: ZENG Yanghao, ZHU Zina, SHI Qijing. Structural Design and Experimental Research of Flexible Gripper for Waterbomb Origami[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2023, 42(10): 1602-1608. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220127

水弹折纸柔性抓手的结构设计与实验研究

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220127
基金项目: 

国家自然科学基金项目 51775165

上海市大型构件智能制造机器人技术协同创新中兴开放基金项目 ZXP20211101

上海工程技术大学研究生科研创新项目 20KY0106

详细信息
    作者简介:

    曾阳浩(1998-), 硕士研究生, 研究方向为软体机器人, 18223254602@163.com

    通讯作者:

    朱姿娜, 副教授, 硕士生导师, zhuzina@126.com

  • 中图分类号: TP241

Structural Design and Experimental Research of Flexible Gripper for Waterbomb Origami

  • 摘要: 提出了一种由水弹折纸为原理的轻量级折纸抓手。对水弹结构进行了介绍和几何分析,得到了形成水弹圆柱体可折叠条件,并介绍了抓取装置设计和制造方法。搭建了折纸抓手的抓取实验平台,对具有不同几何形状、质地和重量的物体进行了抓取和提升测试,测试了抓手轴向偏移抓取的能力,并分析了抓手负载能力随气压的变化关系。抓取实验表明该柔性抓手具有轴向偏移抓取、形状自适应抓取、抓力可控等优点。在食品、水果等质地柔软且质量较轻目标物的抓取及分拣领域具有的实用性。
  • 图  1  水弹折纸

    Figure  1.  Waterbomb origami

    图  2  水弹圆柱体的几何关系图

    Figure  2.  The geometric relationship of cylinder of a waterbomb

    图  3  折纸骨架

    Figure  3.  The skeleton of origami

    图  4  折纸骨架的制作流程

    Figure  4.  The production process of the skeleton of origami

    图  5  橡胶密封膜

    Figure  5.  Rubber sealing film

    图  6  连接器结构

    Figure  6.  The structure of connector

    图  7  抓手的组成结构

    Figure  7.  The components of the gripper

    图  8  抓取实验平台

    Figure  8.  Gripping experimental platform

    图  9  折纸抓手控制原理图

    Figure  9.  The schematic diagram of origami gripper control

    图  10  抓取实验

    Figure  10.  Experiments on gripping

    图  11  轴向偏移抓取能力测试

    Figure  11.  Tests of axial offset gripping

    图  12  抓手负载随气压的变化情况

    Figure  12.  The variation of gripper′s load with air pressure

    表  1  位于圆柱坐标系中主要节点坐标

    Table  1.   Coordinates of main nodes in the cylindrical coordinate system

    节点 r φ z
    a R 2ω 0
    b R 0 0
    c ω
    d Rcosω ω -l
    e R 2ω -2l
    f R 0 -2l
    g ω
    下载: 导出CSV

    表  2  抓手成功抓取的目标

    Table  2.   Objects to be successfully gripped by the gripper

    类型 种类及质量
    食物 橙子(160 g), 苹果(171 g), 香蕉(152 g), 鸡蛋(65 g), 芒果(226 g), 杨桃(140 g)
    瓶子 易拉罐(357 g), 可乐瓶装(630 g), 矿泉水(583 g), 咖啡瓶(345 g), 墨水瓶(126 g),
    其他 工具盒(162 g), 电钻(916 g), 方形木块(40 g), 卷尺(115 g), 鼠标(76 g), 乒乓球(2.6 g)
    下载: 导出CSV
  • [1] 魏树军, 王天宇, 谷国迎. 基于纤维增强型驱动器的气动软体抓手设计[J]. 机械工程学报, 2017, 53(13): 29-38. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JXXB201713004.htm

    WEI S J, WANG T Y, GU G Y. Design of a soft pneumatic robotic gripper based on fiber-reinforced actuator[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2017, 53(13): 29-38. (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JXXB201713004.htm
    [2] GLICK P, SURESH S A, RUFFATTO D, et al. A soft robotic gripper with gecko-inspired adhesive[J]. IEEE Robotics and Automation Letters, 2018, 3(2): 903-910. doi: 10.1109/LRA.2018.2792688
    [3] WANG Z K, KANEGAE R, HIRAI S. Circular shell gripper for handling food products[J]. Soft Robotics, 2021, 8(5): 542-554. doi: 10.1089/soro.2019.0140
    [4] 贾江鸣, 叶玉泽, 程培林, 等. 细长果蔬采摘软体气动抓手设计与参数优化[J]. 农业机械学报, 2021, 52(6): 26-34. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-NYJX202106003.htm

    JIA J M, YE Y Z, CHENG P L, et al. Design and parameter optimization of soft pneumatic gripper for slender fruits and vegetables picking[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2021, 52(6): 26-34. (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-NYJX202106003.htm
    [5] TAWK C, PANHUIS M I H, SPINKS G M, et al. Bioinspired 3D printable soft vacuum actuators for locomotion robots, grippers and artificial muscles[J]. Soft Robotics, 2018, 5(6): 685-694. doi: 10.1089/soro.2018.0021
    [6] AMEND J, CHENG N, FAKHOURI S, et al. Soft robotics commercialization: jamming grippers from research to product[J]. Soft Robotics, 2016, 3(4): 213-222. doi: 10.1089/soro.2016.0021
    [7] LI S G, STAMPFLI J J, XU H J, et al. A vacuum- driven origami "magic-ball" soft gripper[C]//Proceedings of 2019 International Conference on Robotics and Automation. Montreal: IEEE, 2019.
    [8] 胡楠, 陈花玲. 折纸结构驱动技术的研究进展[J]. 机械工程学报, 2020, 56(15): 118-128. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JXXB202015013.htm

    HU N, CHENG H L. Progress in actuating technology of origami structure[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2020, 56(15): 118-128. (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JXXB202015013.htm
    [9] FELTON S, TOLLEY M, DEMAINE E, et al. A method for building self-folding machines[J]. Science, 2014, 345(6197): 644-646. doi: 10.1126/science.1252610
    [10] 刘世毅, 王立武. 折纸技术在空间结构中的应用和发展[J]. 航天返回与遥感, 2020, 41(6): 114-128. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HFYG202006012.htm

    LIU S Y, WANG L W. Development and application of origami in space structure[J]. Spacecraft Recovery & Remote Sensing, 2020, 41(6): 114-128. (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HFYG202006012.htm
    [11] BUTLER J, MORGAN J, PEHRSON N, et al. Highly compressible origami bellows for harsh environments[C]//Proceedings of the 2016 International Design Engineering Technical Conferences and Computers and Information in Engineering Conference. Charlotte: ASME, 2016.
    [12] TAYLOR J M, PEREZ-TORALLA K, AISPURO R, et al. Covalent bonding of thermoplastics to rubbers for printable, reel-to-reel processing in soft robotics and microfluidics[J]. Advanced Materials, 2018, 30(7): 1705333. doi: 10.1002/adma.201705333
    [13] SONG J, CHEN Y, LU G X. Axial crushing of thin- walled structures with origami patterns[J]. Thin-Walled Structures, 2012, 54: 65-71. doi: 10.1016/j.tws.2012.02.007
    [14] LEE D Y, KIM S R, KIM J S, et al. Origami wheel transformer: a variable-diameter wheel drive robot using an origami structure[J]. Soft Robotics, 2017, 4(2): 163-180. doi: 10.1089/soro.2016.0038
    [15] 李笑, 李明. 折纸及其折痕设计研究综述[J]. 力学学报, 2018, 50(3): 467-476. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-LXXB201803002.htm

    LI X, LI M. A review of origami and its crease design[J]. Chinese Journal of Theoretical and Applied Mechanics, 2018, 50(3): 467-476. (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-LXXB201803002.htm
  • 加载中
图(12) / 表(2)
计量
  • 文章访问数:  81
  • HTML全文浏览量:  80
  • PDF下载量:  26
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2021-09-03
  • 刊出日期:  2023-10-25

目录

    /

    返回文章
    返回