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IEEE Transaction on Industrial Electronics 单腔体多角度弯曲软体机械手设计与气电混合驱控策略
发布者: 李博 | 2020-08-10

 

软体机械手由于其柔性好以及自适应程度高,由于适合对复杂及不规则形状的物体进行抓取操作。现有的软体机械手的驱动方式主要由包括了气动、电动以及柔性丝驱动。其中,气动方式的控制方式简单,但是需要复杂的气腔结构设计方可实现多方向弯曲变形,且存在气压流动造成的响应滞后的问题;电动驱动的响应快,但是其本构关系复杂,容易发生机电失稳的问题。因此,通过科学的设计将气动和电动进行有机结合,优势互补是一个颇有意义的研究方向。

  西安交通大学与西安理工大学、中科院深圳先进院的研究人员,提出了一种新型的气电混合的驱控策略。他们利用了介电弹性体材料的气/电双重的响应机制,在单腔体的气动壁上设计了多对电极,在低电压下诱导局部变形,同时施加气压,在所需方向产生快速的弯曲变形。这种控制策略简化了驱动器的结构设计,避免高压下的击穿以及失效问题,同时可以实现快速的多方向弯曲变形实验研究发现,这种单腔体的软体机械手在3kV的电压和65kPa气压下,可以快速产生大于180度的弯曲变形。 其驱动气压远低于三腔体的机械手,且没有发生电击穿问题。

 最后,研究人员展示了一种人机共融的应用案例。在纯气压驱动下,这种软体机械手产生连续缓慢的弯曲变形,在气/电混合驱动下,产生快速双稳态的变形,通过两种变形模式的组合可以输出莫斯码。如图5所示,通过程序控制,机械手实现不同变形模式的切换,其阻挡力的输出转化成对应的长短不一的电压信号,分别对应“XJTU”四个字母。该方法为新一代共融机器人之间的信息传输与情景交互提供了潜在解决思路。

  上述成果以A single-chamber pneumatic soft bending actuator with increased stroke-range by local electric guidance”为题发表在国际顶级期刊IEEE Transactions on Industrial ElectronicsIF=7.5)。西安交通大学博士生罗盟和西安理工大学刘磊为论文共同第一作者,李博副教授、李涤尘教授为论文通讯作者。西安交通大学刘晨,中科院深圳先进技术研究院高兴,曹崇景参与了其中的实验与分析。该工作得到国家自然科学基金、陕西省重点研发计划等项目的支持。

 

文章链接:10.1109/TIE.2020.3013544