具有感知功能的果蔬无损抓取机械手研究

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软体机械手作为融合了仿生学、材料学、工程学等多个学科领域的一种新型机械手在工业领域和医疗领域有着广泛的应用。目前,软体机械手由于其自适应性,即可以与被抓物体高度贴合而被引入到农业领域农产品的采摘和分选中,以达到柔顺且稳定抓取的效果。而由于农产品的外表较为脆弱,所以如何在抓取过程中避免农产品的损伤也一直是学者们研究的重点。综上所述,本文采用将柔性传感器嵌入软体机械手中的方法,通过检测爪指与被抓物体之间的接触力来调控软体机械手的抓握程度以避免损伤。因此,本文设计制造了一种柔性可拉伸聚合物光纤传感器,并对其各项结构参数进行表征,同时对其拉伸性、灵敏度以及位置分辨能力进行了详细的探究。首先,本文选取弹性模量较低的聚合物,通过模板法制备了柔性可拉伸聚合物光纤传感器,拉伸率可达75%,并具备良好的拉伸稳定性;其次,本文探索了提高灵敏度的两种方法,第一种是在光纤内部引入空气柱结构,压力检测灵敏度可达2.133N-1,第二种方法是设计一种双螺旋结构,拉伸检测灵敏度可达1.050;此外,双螺旋结构的光纤传感器可以分辨按压位置,并且光源需求量小,设备轻便。最后,本文设计制造了基于流体变压驱动的软体机械手,并在其中嵌入本文所设计的柔性可拉伸聚合物光纤传感器,同时设计与开发了相关的软件应用程序,实现了对软体机械手的实时控制及接触力大小的实时显示,达到了对果蔬柔顺稳定且无损地抓取的效果。
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