[發(fā)明專利]五指機(jī)械手仿人抓取有限元建模與分析方法有效
| 申請(qǐng)?zhí)枺?/td> | 202011498152.0 | 申請(qǐng)日： | 2020-12-17 |
| 公開（公告）號(hào)： | CN112720467B | 公開（公告）日： | 2023-06-13 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 劉倩;靳佳澳;劉斯文;張強(qiáng);譚國(guó)真 | 申請(qǐng)（專利權(quán)）人： | 大連理工大學(xué) |
| 主分類號(hào)： | B25J9/16 | 分類號(hào)： | B25J9/16;G06F30/23;G06F119/14;B25J9/22;G06F111/04 |
| 代理公司： | 大連理工大學(xué)專利中心 21200 | 代理人： | 溫福雪;侯明遠(yuǎn) |
| 地址： | 116024 遼*** | 國(guó)省代碼： | 遼寧;21 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 五指 機(jī)械手 抓取 有限元 建模 分析 方法 | ||
1.一種五指機(jī)械手仿人抓取有限元建模與分析方法，其特征在于，包括以下步驟：構(gòu)建機(jī)器人手模型、構(gòu)建觸覺傳感器陣列、不同狀態(tài)的抓取模型及分析；
(1)構(gòu)建機(jī)器人手模型
機(jī)器人手模型，由手掌部分及手指部分組成；除拇指外的四根手指長(zhǎng)度相同，指關(guān)節(jié)交錯(cuò)，以使機(jī)器人手模型完全模擬人手的變化；手掌部分的材料為ABS塑料，其彈性模量為200MPa，泊松比0.394，密度5g/cm3；手指部分分為頂部關(guān)節(jié)、中間關(guān)節(jié)與根部關(guān)節(jié)，觸覺傳感器陣列位于頂部關(guān)節(jié)的指端部分的表面，為集成在機(jī)器人手模型指端的柔性力傳感器；
(2)構(gòu)建觸覺傳感器陣列
觸覺傳感單元陣列，由指端基體、電極層(6)、PDMS傳力凸起層(8)、導(dǎo)電橡膠凸起(9)和PDMS基底(10)組成；PDMS基底(10)覆蓋在指端基體表面，傳感單元陣列底部通過(guò)電極層(6)固定在PDMS基底(10)上，電極層(6)上固定有導(dǎo)電橡膠凸起(9)，導(dǎo)電橡膠凸起(9)外部包裹著PDMS傳力凸起層(8)；
(3)不同狀態(tài)的抓取模型及分析
(3.1)確定四種典型的機(jī)械手的抓取狀態(tài)：柱型握抓、指尖捏取、側(cè)邊捏取、指肚捏取；若抓取模型為圓柱筒，則使用柱型握抓方式操作機(jī)械手；若抓取模型為圓柱，則使用指尖捏取方式操作機(jī)械手；若抓取模型為小正方體，則使用側(cè)邊捏取方式操作機(jī)械手；若抓取模型為小圓柱，則使用指肚捏取方式操作機(jī)械手；
(3.2)對(duì)應(yīng)不同抓取狀態(tài)設(shè)置載荷與邊界條件：
首先假設(shè)機(jī)械人手上的橡膠是不可壓縮的且在變形前各向同性，并服從胡克定律；由于機(jī)器人手為裝配體，各個(gè)零件之間在分析前需要添加接觸設(shè)置，機(jī)器人手各個(gè)零件間的接觸為Bonded綁定接觸；指尖觸覺傳感器與抓取模型間設(shè)置為Frictional摩擦約束，摩擦系數(shù)0.5；柱狀抓取與指尖捏取一致，在手掌底部平面添加固定約束；而側(cè)邊捏取和指肚捏取相同，將手掌底部全約束；
對(duì)于指尖捏取有限元，機(jī)器人手內(nèi)部的零件間接觸與固定約束情況與柱型握抓一致；除小拇指外其他各手指均通過(guò)手指底面與物品接觸，小拇指通過(guò)側(cè)面與物品接觸，在手指上施加的載荷均為1N；側(cè)邊捏取的情況下，只有大拇指與食指參與物品的抓取；對(duì)大拇指頂面與食指?jìng)?cè)面施加2N的作用力，指肚捏取與側(cè)邊捏取設(shè)置相同；
(3.3)對(duì)應(yīng)不同的機(jī)械手抓取動(dòng)作進(jìn)行網(wǎng)格劃分：
為解決機(jī)器人手形狀不規(guī)則的問(wèn)題，采用自由網(wǎng)格劃分方法，并對(duì)局部網(wǎng)格進(jìn)行增加網(wǎng)格密集度處理；柱狀抓取與指尖捏取的網(wǎng)格劃分方法一致，抓取模型為六面體網(wǎng)格，其余部分均為四面體網(wǎng)格；指肚捏取與側(cè)邊捏取的網(wǎng)格劃分方法一致，僅對(duì)與抓取模型接觸的橡膠超彈材料進(jìn)行增加網(wǎng)格密集度處理；對(duì)于側(cè)邊捏取，采用自動(dòng)劃分的方法將整個(gè)裝配體劃分成四面體網(wǎng)格；為保證分析的精度，對(duì)接觸物品的兩個(gè)傳感器陣列進(jìn)行增加網(wǎng)格密集度處理；
(3.4)對(duì)不同抓取動(dòng)作進(jìn)行整體位移應(yīng)力分析及各個(gè)指尖位移應(yīng)力分析
在ANSYS環(huán)境下模擬機(jī)械手抓取不同有限元的動(dòng)作操作，不同動(dòng)作下增加網(wǎng)格密集度的部分，記錄在該種抓取工況下，各個(gè)觸覺傳感器的位移及應(yīng)力狀態(tài)。
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