摘要
软体手作为软体机器人研究的一个重要方向，成为了近年来的研究热点，其主体通常由硅橡胶等柔性材料制成，这使得软体手能表现出较高的柔顺性和交互安全性。本文设计出一款基于气体驱动的软体手，从结构设计、单元体实验与样机研制、理论分析与仿真、实验测试等方面进行研究，主要工作和结论如下： 首先，设计了一种气体驱动的软体手，分为驱动部分和柔性支撑部分。驱动部分为五根软体手指；柔性支撑部分中，手掌模块使用颗粒物进行填充，手背模块也可实现弯曲角度的变化，辅助手指进行抓取。采用3D打印技术，制造出样机的主体结构和相关模具，利用液态硅橡胶材料，采用室温硫化工艺，制备出薄壁硅橡胶弹性管和柔软手掌的表皮。 其次，分析了超弹性材料的多种本构模型，并以Yeoh模型为基础，通过计算得出本文所选用的硅橡胶材料和TPU材料的具体材料参数。通过非线性弹性理论建立了软体手指的力学行为分析模型。 再次，建立了软体手指的有限元仿真模型，利用ABAQUS软件对其进行仿真分析。系统地研究了软体手指的硅橡胶弹性管的壁厚、约束层厚度、限制层形貌和约束层间隙等结构参数对于软体手指性能的影响规律，并根据仿真结果优化了软体手指最终的结构参数。 最后，搭建了实验平台，测定了软体手指在不同气压载荷下的弯曲角度，实验结果与仿真分析和理论模型进行对比，验证了理论模型和仿真分析模型的有效性，并测定了软体手指的末端输出力。针对软体手，对不同尺寸的片状物体、圆柱状物体和日常生活中其他不规则的物体进行抓取。制造了多种不同材料的软体手与本文所设计的软体手进行对比，对比结果表现出该手较强的自适应能力，体现了结构设计的合理性。 通过本文的研究，推进了软体手的结构设计，为软体手的实现提供了一种解决方案，为其进一步研究和应用奠定了理论和实验基础。
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