基于低熔点合金的变刚度软体仿人手指研制

《基于低熔点合金的变刚度软体仿人手指研制》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、硕士学位论文基于低熔点合金的变刚度软体仿人手指研制RESEARCHANDMANUFACTUREOFVARIABLESTIFFNESSSOFTHUMANOIDFINGERBASEDONLMPA张海容哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TP242.3学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工程硕士学位论文基于低熔点合金的变刚度软体仿人手指研制硕士研究生：张海容导师：闫继宏教授申请学位：工程硕士学科：机械电子工程所在单位：机电工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP242.3U.D

2、.C:621DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHANDMANUFACTUREOFVARIABLESTIFFNESSSOFTHUMANOIDFINGERBASEDONLMPAZhangHairongCandidate：Prof.YanJihongSupervisor：MasterofEngineeringAcademicDegreeAppliedfor：MechatronicsEngineeringSpeciality：SchoolofMechatronicsEngineeringAff

3、iliation：June,2018DateofDefence：HarbinInstituteofTechnologyDegree-Conferring-Institution：哈尔滨工业大学硕士学位论文摘要软体机器人是机器人技术的一个新兴研究领域。其结构与材料的顺应性和适应性，具有柔顺交互、高适应性，一定程度上弥补了刚性机器人的不足。软体机械手以其广泛的应用性成为一个重要的研究方向。软体机械手由软材料制作，具有无限自由度，其灵巧的结构和材料高柔顺性带来非线性大变形和被动变形的问题。人手指具有灵活的弯曲抓取能力，并且具有变刚度的特点，本文仿照人手指结

4、构和功能，提出了关节式弯曲的可变刚度软体仿人手指，并针对其设计、制造、运动学建模、气压控制以及样机实验进行了研究。首先，基于纤维增强致动器研制出关节式弯曲仿人手指。仿参考人手指的尺寸、形状和运动特点，其掌指关节独立驱动，两个指间关节采用同一驱动；通过单侧限制伸长致动器，实现关节式弯曲效果；采用内嵌低熔点合金的方法实现变刚度，通过改变温度使合金在固液相之间转变而进行整体刚度的改变；采用二阶Yeoh模型通过ABAQUS有限元技术对影响弯曲角度的结构参数进行分析。采用3D打印模具分步铸造工艺制备软体仿人手指。其次，对于超弹性柔性材料的非线性导致软体仿人手指

5、运动建模困难的问题，采用虚功原理对弹性应变能和气压做功求虚功的方法，利用弹性应变能密度函数计算整体形变储存的能量，建立了弯曲角度与驱动气压之间的运动学关系；通过对实验数据线性化确定了运动学中的参数，并通过实验验证了运动学模型的准确性。再次，采用Ethernet通信和CAN总线控制步进电机调节充放气机构，结合PID控制算法，实现了基于气压反馈的闭环控制，以及气压、充放气速度和流量连续稳定可调节控制。基于VS2010平台和QT库开发了上位机界面和驱动控制系统。最后，扩展充放气机构搭建多路气压控制平台，进行软体手指的样机实验研究。设计并搭建了软体手指弯曲角

6、度测量平台，测量了弯曲角度、滞回、弯曲性能、弯矩、刚度以及单指负载等特性。组装软体仿人手，进行了抓取规划，分别做了手势实验、抓取实验和指间移物实验，验证了软体仿人手指的灵活性、通用性和人机交互安全性。关键词：软体机器人；仿人手指；可变刚度；仿人手；运动学建模-I-哈尔滨工业大学硕士学位论文AbstractSoftroboticsisanewresearchareainrobotics.Theadaptabilityandadaptabilityofitsstructureandmaterialshavecompliantinteractionandh

7、ighadaptability,whichmakesupforthedeficienciesofrigidrobotstosomeextent.Softmanipulatorshavebecomeanimportantbranchofresearchwithitswideapplicability.Thesoftmanipulatorsaremadeofsoftmaterialswithunlimiteddegreesoffreedom.Theirdexterousstructureandhighflexibilityofthematerialbri

8、ngaboutproblemsoflargenonlineardeformationandpassivede