三自由度并联气动柔性执行器研究

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近几年软体机器人发展迅速,利用压缩空气作为动力源的气动软体机器人前景广阔。为研究气动软体机器人,本文对三自由度并联气动柔性执行器进行了研究。该执行器由三个波纹管结构的柔性元件和两个连接盘组成,可以用于气动柔性平台,也可以将其多级串联组成仿生象鼻柔性机械臂。本文针对该执行器的柔性元件特性、运动学特性和静力学特性进行了一些理论研究,并制造了原理样机。  通过对波纹管式柔性元件的进行静力学建模分析,得到了波纹单元之间的力传递规律。还通过有限元分析的方法对波纹管的变形进行了计算分析,得到了波纹管的形状变化和单一作用力的关系。有限元分析还直观地展示了柔性元件的变形,并发现正弦型波纹管的刚度较S型和U型强。  在假定三自由度并联气动柔性执行器弯曲状况是圆弧的情况下,分析得到了执行器的运动学模型。设计了利用拉伸传感器、尼龙线和滑轮组成的柔性元件长度测量装置,为进一步的位置闭环控制做了基础。此外还对该执行器的工作空间进行了分析计算,建立了其工作空间的评价标准。  基于圆弧假设,分析得到了执行器的静力学平衡模型,建立了外负载和气压之间的含参数定量关系。依据该关系的特解,发现执行器在某些状态下无法通过调压维持静平衡。研究还发现,执行器的拉力和弯矩可控而切向力不可控。  通过FDM打印技术制造了执行器的原理样机,并实现了其简单动作。对原理样机通入压缩空气实现了简单的运动。
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