机械工程学报 ›› 2025, Vol. 61 ›› Issue (21): 143-151.doi: 10.3901/JME.2025.21.143
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孙先涛1, 钟明升1, 高崇1, 王骜1, 陈伟海2
SUN Xiantao1, ZHONG Mingsheng1, GAO Chong1, WANG Ao1, CHEN Weihai2
摘要: 软体机械手凭借其柔顺性、自适应性和安全性等固有特性,在机器人抓取与操作领域展现出传统刚性机构无法比拟的优势。提出一种新型多功能气动三指软体机械手,可实现易损物体的自适应安全抓取和灵巧操作。该机械手采用双自由度气动协同驱动设计,各手指由弯曲驱动器和侧摆驱动器构成:前者创新性地采用倾斜气动网络结构,相较于传统垂直网络结构,其弯曲角度和接触力得到较大提升(19.5%和20.1%);后者通过仿生设计实现类人手指的±16.5°侧向摆动。基于超弹性材料的Mooney-Rivlin本构模型,建立了包含运动学与准静力学的耦合数学模型,精确预测软体手指在加压空气下的弯曲角度和接触力(理论与仿真结果误差分别小于2%和9.2%)。通过有限元仿真研究了软体手指的机械性能,揭示腔室倾斜角对弯曲角度和接触力的影响规律。最后,通过3D打印和成型技术制造软体机械手样机,实验表明该机械手能够抓取不同尺寸、形状、材质和重量的物体,并能执行诸如旋转开启瓶盖等灵巧的操作任务,验证了结构设计与控制策略的有效性。
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