螺线型气动软体致动器设计与建模

作者：张志远; 王松涛^*; 王学谦^*; 孟得山; 梁斌

来源：机器人, 2020, 42(01): 10-20.

DOI：10.13973/j.cnki.robot.190062

• 螺线
• 气动软体致动器(PSA)
• 虚功原理
• 静力学分析
• 形状重建

为了探索海马尾巴的解旋能力,基于生物结构的启发提出了一种基于螺线构型的气动软体致动器.区别于已有的软体致动器的弯曲运动,螺线型气动软体致动器(螺线型致动器)随着输入气压的增大可以实现正负曲率两个方向的展开运动.首先,在保持基体外侧弧长相同的情况下,依据圆形、阿基米德螺线、对数螺线3种不同螺线的数学表达式对螺线型致动器进行了3种结构设计;其次,基于超弹性材料模型、几何关系和虚功原理建立并修正了通用的静力学模型,描述输入气压与展开角度的关系;然后,对3种结构的螺线型致动器进行样机制作,并测试了它们的运动性能;最后,对比静力学模型计算结果和样机实验数据,最大平均展开角度误差为10.0166°,证明了模型的准确性.另外,根据从形状刻度线采集的坐标数据转换得到的构型空间参数,重建了螺线型致动器在不同展开状态下的理论展开形状,验证了构型空间参数获取方法的可行性.

• 单位
  清华大学深圳研究生院; 深圳清华大学研究院; 清华大学