作为单向弯曲气动柔性关节重要弹性件和支撑件,弹性钢板属于薄壁件大变形、变载荷,常常出现塑性变形和疲劳断裂等问题,严重影响关节的使用寿命.为研究影响弹性钢板疲劳寿命的因素,采用有限元法分析弹性钢板使用时所受应力状态;通过疲劳试验,分析弹性钢板材料和表面质量对其使用寿命的影响.结果表明弹性钢板加工产生的表面变质层和裂纹降低了抗疲劳性能,改善钢板表面质量和轧制纹路使用方向能够提升42.48%的使用寿命.

设计一种片状约束环套装5个密封弹性腔体和弹簧的气动多向柔性驱动器,分析驱动器受力和力矩,建立气压与轴向伸长量、驱动力、弯曲方向的非线性理论模型.通过试验与理论模型对比,获得驱动器在不同气压下的形变与驱动性能关系.结果表明通过控制通入气体压力,可以控制驱动器产生不同程度的形变与驱动力;气压越大,形变与驱动力越大;该驱动器具有较高的灵活性和良好的驱动性能,改变通气方式,驱动器可以完成轴向伸长和空间多个方向的弯曲变形;0.23 MPa气压下驱动器轴向伸长量为137 mm,伸长率超过100%,弯曲角度达225°,轴向驱动力为242 N,弯曲夹持力为169 N.

针对市场上常见直线驱动器柔性差、重量大的缺点设计研发了一种气动柔性三肌肉轴向驱动器,并对驱动器进行理论分析得出驱动力与气压、伸长量与气压的公式并搭建实验平台对驱动器的公式进行实验校核,分析理论值与实验值的差异并得出结论.研究表明轴向驱动器伸长量不变时,通入气压越大驱动力越大.轴向驱动器通入的气压不变时,伸长量越大驱动力越小.该研究对以后轴向驱动器的控制和使用提供了一定基础.

某气动单向弯曲关节柔性手指由人工肌肉和弹性钢板并联组成,弯曲变形时具有大变形和非线性特点,静力学模型十分复杂且不利于控制。为便于实时精准控制,进一步简化手指静力学模型,并对其静力学特性进行实验研究。搭建静力学实验平台,对单肌肉驱动和双肌肉驱动两种不同驱动类型的柔性手指在不同限位面和等外载荷工况下分别进行夹持力和弯曲角度的对比实验。利用MATLAB对实验数据进行处理分析,得到手指夹持力和弯曲角度的经验模型。结果表明:气动单向弯曲关节柔性手指夹持力与弯曲角度、工作气压和驱动肌肉数目之间存在非线性关系;与静力学理论模型相比,该经验模型具有更高的精度,夹持力模型预测误差能控制在0.76 N内,弯曲角度模型误差可控制在6.9°内。

为提高柔性机器人承载能力,结合微颗粒嵌入和阻塞原理的优势,提出了一种正压驱动的变刚度弹性轴,分析其变刚度机理,设计并制造了变刚度弹性轴样机,搭建了变刚度弹性轴实验平台通过实验分析不同因素对弹性轴刚度影响。