软体机器手纤维增强式三腔体结构设计与分析

doi:10.12068/j.issn.1005-3026.2019.10.017

东北大学学报:自然科学版 ›› 2019, Vol. 40 ›› Issue (10): 1461-1466.DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2019.10.017

软体机器手纤维增强式三腔体结构设计与分析

冯乃诗，王宏，胡佛，李康

(东北大学机械工程与自动化学院，辽宁沈阳110819)

收稿日期:2019-01-04 修回日期:2019-01-04 出版日期:2019-10-15 发布日期:2019-10-10
通讯作者: 冯乃诗
作者简介:冯乃诗(1994-)，女，辽宁沈阳人，东北大学博士研究生; 王宏(1960-)，女，辽宁沈阳人，东北大学教授，博士生导师.
基金资助:
国家重点研发计划“智能机器人”重点专项 (2017YFB1300300).

Design and Analysis of Fiber-Reinforced Three-Cavity Structure of Soft Robot Hands

FENG Nai-shi， WANG Hong， HU Fo， LI Kang

School of Mechanical Engineering & Automation， Northeastern University， Shenyang 110819， China.

Received:2019-01-04 Revised:2019-01-04 Online:2019-10-15 Published:2019-10-10
Contact: WANG Hong
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摘要/Abstract

摘要： 根据人手三指节结构，提出纤维增强式三腔体仿人软体机械手和新型布管方式.采用Neo Hookean模型建立了软体机械手单指的大变形数学模型，分析了软体机械手单指的形变特征，建立了弯曲模型和扭转模型.采用Ecoflex 00-50与Dragon skin 30 进行1∶1比例混合制作软体手指，并利用测试数据对理论模型进行了误差修正.结果表明，提出的新型软体手指结构的理论模型和实际测量数据一致，相对于其他结构，新型布管方式增加了整体的稳定性，得出的结论可为仿人软体机械手的发展提供理论支撑.

关键词: 软体机器人, 纤维增强, 三腔体, 有限元分析, 传感器

Abstract: Based on the three-knuckle structure of a human hand， a fiber-reinforced three-cavity human-like soft body manipulator and a new type of pipe-laying method were proposed. The mathematical model of large deformation of the soft manipulator with a single finger was established by using Neo Hookean model. The deformation characteristics of the single-finger of the soft manipulator were analyzed， and the bending model and the torsion model were established. A 1∶1 mixture of Ecoflex 00-50 and Dragon skin 30 was used to make soft fingers， and the error correction of the theoretical model was carried out with the test data. The results showed that the theoretical model of the proposed new soft finger structure is consistent with the actual measurement data. Compared with the other structures， the new pipe-laying method increases the overall stability， and the conclusions can provide theoretical support for the development of human-like soft body manipulators.

Key words: soft robot, fiber-reinforced, three-cavity, finite element analysis, sensor

中图分类号:

TP242.6

冯乃诗，王宏，胡佛，李康. 软体机器手纤维增强式三腔体结构设计与分析[J]. 东北大学学报:自然科学版, 2019, 40(10): 1461-1466.

FENG Nai-shi， WANG Hong， HU Fo， LI Kang. Design and Analysis of Fiber-Reinforced Three-Cavity Structure of Soft Robot Hands[J]. Journal of Northeastern University Natural Science, 2019, 40(10): 1461-1466.

参考文献

[1]Fiorito G，Scotto P.Observational learning in octopus vulgaris［J］.Science，1992，256(5056):545-547.
[2]Kier W M，Smith K K.Tongues，tentacles and trunks:the biomechanics of movement in muscular hydrostats［J］.Zoological Journal of the Linnean Society，1985，83(4):307-324.
[3]肖宇.气动软体机械手设计及实验研究［D］.南京:东南大学，2016.(Xiao Yu.Design and experimental research of pneumatic soft robot hand［D］.Nanjing:Southeast University，2016.)
[4]Polygerinos P，Lyne S，Wang Z，et al.Towards a soft pneumatic glove for hand rehabilitation［C］//IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems.Tokyo，2014:1512-1517.
[5]Tsuji T，Fukuda O，Shigeyoshi H，et al.Biomimetic impedance control of an EMG-controlled prosthetic hand［J］.Intelligent Robots & Systems，2000(1):377-382.
[6]Morrow J，Shin H S，Phillips-Grafflin C，et al.Improving soft pneumatic actuator fingers through integration of soft sensors，position and force control，and rigid fingernails［C］// IEEE International Conference on Robotics and Automation.Beijing，2016:5024-5031.
[7]Nagase J，Wakimoto S，Satoh T，et al.Design of a variable-stiffness robotic hand using pneumatic soft rubber actuators［J］.Smart Materials & Structures，2011，20(10):105015-105023.
[8]Yang Y，Chen Y，Li Y，et al.Bioinspired robotic fingers based on pneumatic actuator and 3D printing of smart material［J］.Soft Robotics，2017，4(2):147-162.
[9]张晞，王刚，何明，等.液压支架蕾形复合密封圈材料特性实验和有限元分析［J］.矿业科学学报，2016(1):64-72.(Zhang Xi，Wang Gang，He Ming，et al.Experimental and numerical study on bud shaped composite sealing ring of hydraulic support［J］.Journal of Mining Science and Technology，2016(1):64-72.)
[10]Gwinner J.Non-linear elastic deformations［J］.Acta Applicandae Mathematica，1988，11(2):191-193.
[11]Furer J，Castaeda P P.Macroscopic instabilities and domain formation in Neo-Hookean laminates［J］.Journal of the Mechanics & Physics of Solids，2018，118:98-114
[12]Homberg B S，Katzschmann R K，Dogar M R，et al.Haptic identification of objects using a modular soft robotic gripper［C］//IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems.New York，2015:1698-1705.(上接第1460页)
[14]闫玉涛，李雪娟，胡广阳，等.石墨密封材料高温摩擦磨损行为及预测［J］.航空动力学报，2014，29(2):314-320.(Yan Yu-tao，Li Xue-juan，Hu Guang-yang，et al.Friction/wear behaviors and predication of graphite seal material under high temperature［J］.Journal of Aerospace Power，2014，29(2):314-320.)
[15]Soltani R，Heydarzadeh S M，Ansari M，et al.Effect of APS process parameters on high-temperature wear behavior of nickel-graphite abradable seal coatings［J］.Surface & Coatings Technology，2017，321:403-408.
[16]Rajaram G，Kumaran S，Rao T S，et al.Studies on high temperature wear and its mechanism of Al-Si/graphite composite under dry sliding conditions［J］.Tribology International，2010，43(11):2152-2158.
[17]布尚B.摩擦学导论［M］.葛世荣，译.北京:机械工业出版社，2007.(Bhushan Bharat.Introduction to tribology［M］.Translated by Ge Shi-rong.Beijing:China Machine Press，2007.)
[18]王伟，赵宗坚，张振生.单环圆周密封装置设计和应用研究［J］.航空发动机，2009，35(4):6-11.(Wang Wei，Zhao Zong-jian，Zhang Zhen-sheng.Design and application of single circumferential seal［J］.Aeroengine，2009，35(4):6-11.)

[1]	王宏伟，张昊天，韩杰，刘晨宇. 不确定车辆电子稳定控制系统传感器故障估计[J]. 东北大学学报（自然科学版）, 2023, 44(1): 1-8.
[2]	安国青，王蕊，赵晖，李铁英. 双钢板混凝土组合板在撞击荷载下的动力响应[J]. 东北大学学报（自然科学版）, 2022, 43(8): 1192-1200.
[3]	王连广，蒙玉琪，王梓晴. 预制压型钢板混凝土组合板和钢梁连接及其有限元分析[J]. 东北大学学报（自然科学版）, 2022, 43(4): 575-581.
[4]	陈小辉，张珩，刘明月，侯东晓. 开孔碳纤维复合材料层合板的拉伸失效有限元分析[J]. 东北大学学报（自然科学版）, 2022, 43(3): 397-403.
[5]	王海艳，金天，周秩同，付麒麟. 碳纤维增强复合材料螺旋铣孔的临界轴向力模型[J]. 东北大学学报（自然科学版）, 2022, 43(2): 214-220.
[6]	苑振宇，郭忠明，封怡超，李泽宇. In₂O₃多孔有序薄膜的制备及其对丁酮气敏特性[J]. 东北大学学报（自然科学版）, 2022, 43(12): 1694-1701.
[7]	付亚平，闻妲，王巧云. 基于FFT-COSS的光纤F-P传感器解调算法[J]. 东北大学学报（自然科学版）, 2022, 43(11): 1529-1535.
[8]	许家忠，赵辉，付天宇，张成东. 感应加热CFRP温度控制算法[J]. 东北大学学报（自然科学版）, 2022, 43(1): 17-24.
[9]	苑振宇，类延峰，董慧，孟凡利. 基于动态温度调制的氧化锌纳米气体传感器敏感特性分析[J]. 东北大学学报（自然科学版）, 2021, 42(4): 469-477.
[10]	曾小华，陈虹旭，崔臣，宋大凤. 考虑铁损的永磁同步电机无位置传感器控制算法[J]. 东北大学学报（自然科学版）, 2021, 42(1): 102-110.
[11]	张耀满，李万鹏，杨铭宇. 球头铣刀加工钛合金零件的铣削力特性[J]. 东北大学学报:自然科学版, 2020, 41(6): 852-857.
[12]	刘震，苗述，李汶浍，刘晶晶. 基于Super-Twisting滑模观测器的永磁同步电机无传感器控制[J]. 东北大学学报:自然科学版, 2020, 41(5): 741-746.
[13]	张子璠，李强，刘汉文，丁然. 基于信息熵的城轨车辆应变传感器优化布置[J]. 东北大学学报:自然科学版, 2020, 41(3): 367-374.
[14]	李晖，徐忠浩，王东升，祖旭东. 基于集中质量法的纤维增强复合材料的损伤定位[J]. 东北大学学报:自然科学版, 2020, 41(2): 234-240.
[15]	王海艳，王健宇，陶克新. 碳纤维复合材料螺旋铣孔瞬时切削力系数识别[J]. 东北大学学报:自然科学版, 2020, 41(10): 1432-1437.

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