颗粒驱动软体驱动器设计及FEM-DEM运动分析

作     者：韩奉林 李明辉 田亮 刘伟 费磊 赵海鸣 HAN Fenglin;LI Minghui;TIAN Liang;LIU Wei;FEI Lei;ZHAO Haiming

作者机构：中南大学机电工程学院长沙410012 中南大学轻合金研究院长沙410012 中南大学高性能复杂制造国家重点实验室长沙410012 

基　　金：湖南省自然科学基金(2020JJ4706) 国家自然科学基金(51405518) 

出 版 物：《哈尔滨工业大学学报》 (Journal of Harbin Institute of Technology)

年 卷 期：2021年第53卷第1期

页      码：155-162页

摘      要：颗粒物质具有流动传压和阻塞刚化的双相特性,是变刚度软体机器人的理想驱动介质.由于颗粒物质复杂的力学特性,颗粒驱动软体机器人运动预测极具挑战性.综合考虑颗粒物质的离散性和超弹软体型腔的连续性,本文提出了一种基于FEM-DEM耦合计算的软体驱动器运动分析方法.为降低颗粒充入软体型腔时的局部径向膨胀,设计了具有径向增强约束的弯曲驱动器软体型腔结构.利用FEM-DEM耦合计算方法对此驱动器的运动变形规律进行了分析,同时采用基于颗粒物质Mohr⁃Coulomb连续介质模型的FEM开展了对比计算.利用3D打印和硅胶浇注技术制造驱动器样机,测试了软体驱动器的运动特性及变刚度能力.研究结果表明:与基于Mohr-Coulomb模型的FEM相比,利用FEM-DEM耦合计算方法,可使驱动器弯曲角度的预测精度提高约14.3%;使用较小直径的颗粒介质可以提高机器人的变形能力;与前期研究中的原始方案相比,本文提出的径向增强约束驱动器在不削弱刚度调节能力的前提下,最大弯曲角度从48.9°提升至了72.7°.

主 题 词：软体驱动器 有限元 离散元 颗粒驱动 变刚度 DEM-FEM 粒径 

学科分类：08[工学] 081402[081402] 081304[081304] 0813[工学-化工与制药类] 0814[工学-地质类] 

核心收录：

D　O　I：10.11918/202002064

馆 藏 号：203994345...