对于气动柔性手指的板弹簧骨架模型研究

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1、学兔兔www.xuetutu.com、l訇化一种气动柔性手指的板弹簧骨架模型研究Studyonthemodelofplatespringinapneumaticflexiblefinger朱飞成，章军，陈春华，熊强ZHUFei-cheng，ZHANGJun，CHENChun．hua，XlONGQiang(江南大学机械工程学院，无锡214122)摘要：介绍了一种以板弹簧作为骨架的气动柔性手指。该手指由气缸9区动板弹簧产生变形实现弯曲动作。在平面上，将板弹簧受力状态等效于自由端受变化的集中载荷和弯矩共同作用下产生大变形的弹性悬臂梁。对柔性手指的变形状态建立了静态

2、模型，通过构造板弹簧变形的微分方程，结合柔性手指变形协调方程，采用网格法，利用Matlab软件进行求解，得出了不同气缸压力下，板弹簧长度方向上不同截面的变形与应力分布情况，为柔性手指的设计提供了理论模型与计算方法。关键词：机械手；柔性手指；弹性悬臂梁；大变形中国分类号：TP241文献标识码：A文章编号：1009—0134(2014)03(下)一0086—04Doi：10．3969／J．issn．1009-0134．2014．03(下)．230引言研究悬臂梁的大挠度问题，并与该问题的双参数针对轻工和食品行业的大规模生产状况，为摄动算法进行了比较。孙保苍等对联合

3、载荷作用满足形状复杂、物性多样的原材料、半成品、成下的悬臂梁利用打靶法进行大变形分析。葛如海品的物流和包装的需要，解决简单劳动的用工成等利用数值积分方法求解细长杆悬臂梁的大挠度本高、劳动条件差问题，需要抓取机械手。抓取弯曲问题，并分别对无限长和有限长细杆悬臂梁的复杂对象种类有：1)易变形的软性物体(面进行了讨论。对悬臂梁在受均布载荷或者自由端包、软包装物品)；2)易碎的脆性物体(禽蛋、受集中力作用的情况下，以上研究进行了大变形玻璃陶瓷制品)；3)形状不规则的、大小差别大分析，采用的计算方法也较为复杂。的物体(瓜果、蔬菜)；4)异形的、位置状态文献【8】给出了

4、一种板弹簧骨架柔性关节，并混乱且难理顺的物体(酒瓶、化妆品瓶)；复杂以气缸内压强与活塞杆伸长量的关系进行验证，对象的材料性质、形状尺寸及位置状态的差别较最大相对误差仅为o．74％。其结构是对称结构，对大。工业机械手为夹钳式或平行移动式结构，只于一般结构下板弹簧的模型研究不具有代表性，能抓取形状大小相同、位置状态一致、不会破损尤其是其所用结构对板弹簧产生的应力较大。而本的刚性工件。仿人灵巧手需要感知复杂对象的空柔性指为抓取增力式非对称结构，因此在板弹簧模间位置和形状，需要精确控制运动和抓取力，否型分析中需要利用柔性手指中建立新的变形协调方则会损坏复杂对象或不能

5、可靠抓取，但目前尚处程，通过计算得到其变形及应力分布情况。在实验室研究阶段。江南大学章军博士u提出了多种柔性手指机械手，对板弹簧的变形分析通常将1柔性指结构与工作原理其简化为一端固定另一端自由的弹性悬臂梁。柔性手指结构如图1所示，气缸1通过其法兰弹性变形的研究最早从Euler提出Elastica理论固定在基座2上，气缸铰链接头3通过铰链与长度开始，后人在该理论的基础上从多方面深入的研调节杆4连接，调节杆4的另一端与铰链座5连接，究了柔性杆件的大挠度问题。伍小强[3’4等对弹性板弹簧8被铰链座压板7和基座压板9通过螺栓分别悬臂梁自由端受竖直集中力及倾斜载荷作用

6、下的固定铰链座5和基座2上，橡胶指套6被装在板弹簧弹性大挠度变形进行了分析，采用了差分迭代和8的头端，通过长度调节杆4的双向调节能够对铰椭圆积分等方法。何晓婷等利用拟线性分析方法链座5的安装位置进行调节。收稿日期：2013-12-16作者简介：朱飞成(1988一)，男，江苏无锡人，硕士研究生，研究方向为气动柔性关节型机械手。[86l第36卷第3期2014-03(下)学兔兔www.xuetutu.com务I匐似=COS=FTAw=sinct：Ftanct故悬臂梁上任意一点x处的弯矩为：M=M。一下(y一y)+TAr(x-x)(2)其中：X，YA是板弹簧A点处变

7、形后在Oxy坐标系中沿X、y轴方向上的坐标，x、y3#悬臂梁上任意位置X的坐标。X处的曲率p为：lMd01_气缸；2．基座；3．气缸铰链接头；4．长度调节杆；5般链座；PEIds6橡胶指套；7．铰链座压板；8．板弹簧；9．基座压板图1柔性手指结构图且有：dx2柔性指静态模型一：cos0：sin0柔性手指在弯曲动作的过程中，板弹簧所受E为板弹簧的弹性模量；13#板弹簧横截面对的载荷和弯矩是时刻发生变化的，因此对其动态中性轴的惯性矩；s为弧长；0为倾斜角。将式(2)变化过程中的变形与应力变化分析难度较大，故代入上述曲率公式可得：对其弯曲稳定状态进行静态分析，并假

8、设：I)板dO=M。(YA--Y)+TAXA--X)