【摘 要】
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刚性夹爪、负压吸盘等传统末端执行器负载能力强、工作效率高,在结构化环境中极大地释放了人类的双手。但由柔性材料、新型智能材料等制备的软体抓手展现出了更好的柔顺性、适应性和安全性,使得它们相较于传统末端执行器能更高效地解决日益复杂化的抓取任务。然而,现有的软体抓手依然普遍存在无法稳定、可靠地抓取多种非平面型及平面型物体的问题。因此,针对当前软体抓手在抓取多样性方面的这一不足,本文以软体抓手为研究对象,
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刚性夹爪、负压吸盘等传统末端执行器负载能力强、工作效率高,在结构化环境中极大地释放了人类的双手。但由柔性材料、新型智能材料等制备的软体抓手展现出了更好的柔顺性、适应性和安全性,使得它们相较于传统末端执行器能更高效地解决日益复杂化的抓取任务。然而,现有的软体抓手依然普遍存在无法稳定、可靠地抓取多种非平面型及平面型物体的问题。因此,针对当前软体抓手在抓取多样性方面的这一不足,本文以软体抓手为研究对象,提出一种基于折纸结构、兼具夹持与吸附两种抓取机制的新型气动软体抓手,用以拓展及促进软体抓手在多种类物体抓取等非结构化环境中的应用。主要研究内容如下:（1）鉴于折纸的结构可重构性,通过研究传统折纸“东南西北”的结构及变形规律,提出一种仿折纸的可重构软结构体方案,并为其设计由气动折纸驱动器驱动、可在平面垫状与四指聚拢状之间转换的可重构机制,以及可在其平面垫状时提供与物体平面间吸附力的间接负压吸附机制。最终由此得到的基于折纸结构的气动软体抓手拥有两种形态以及与之对应的夹持、吸附两种抓取机制,从而可实现对非平面型及平面型两类物体的抓取。（2）基于本文所提出的气动软体抓手设计,针对其可重构机制中的折叠过程,建立气动折纸驱动器长度和对应折叠角度之间的运动学模型,从而明确在相关结构参数下气动折纸驱动器所需的线性长度变化范围并用于指导抓手的设计及制作。同时为了分析抓手夹持抓取的实验结果,基于力平衡方程,建立负压下气动折纸驱动器输出拉力的简单数学模型,从而分析特定负压值下1-4号气动折纸驱动器在线性长度变化范围内输出拉力与其长度的关系。（3）搭建基于四自由度桌面机械臂的抓取系统,以定性评估基于折纸结构的气动软体抓手的双抓取机制,从而验证设计的可行性和合理性。利用定制的测力平台及机械臂抓取系统,对抓手夹持抓取非平面型3D打印试件的负载能力及鲁棒性进行量化实验及分析讨论。基于相同的定制平台,测量抓手在不同吸附条件下可产生的间接负压吸附合力,并分析讨论工作腔数以及提供的负压大小对间接负压吸附合力的影响。
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