基于电磁驱动的二自由度混联柔顺夹钳设计

doi:10.12141/j.issn.1000-565X.210019

华南理工大学学报(自然科学版) ›› 2021, Vol. 49 ›› Issue (12): 35-42.doi: 10.12141/j.issn.1000-565X.210019

所属专题： 2021年机械工程

基于电磁驱动的二自由度混联柔顺夹钳设计

陈忠谢声扬张宪民

华南理工大学机械与汽车工程学院，广东广州 510640

收稿日期:2021-01-14 修回日期:2021-04-08 出版日期:2021-12-25 发布日期:2021-12-01
通信作者: 陈忠(1968-),男,博士,教授，主要从事柔顺机构动力、机器视觉理论及其应用、精密测量和故障诊断研究。 E-mail:mezhchen@scut.edu.cn
作者简介:陈忠(1968-),男,博士,教授，主要从事柔顺机构动力、机器视觉理论及其应用、精密测量和故障诊断研究。
基金资助:
国家自然科学基金资助项目(51875204);广东省自然科学基金资助项目(2020A1515011543)

Design Of A Two DOF Hybrid Compliant Gripper Based On Electromagnetic Drive

CHEN Zhong XIE Shengyang ZHANG Xianmin#br# #br#

School of Mechanical and Automotive Engineering, South China Univ. of Tech., Guangzhou 510640, Guangdong, China

Received:2021-01-14 Revised:2021-04-08 Online:2021-12-25 Published:2021-12-01
Contact: 陈忠(1968-),男,博士,教授，主要从事柔顺机构动力、机器视觉理论及其应用、精密测量和故障诊断研究。 E-mail:mezhchen@scut.edu.cn
About author:陈忠(1968-),男,博士,教授，主要从事柔顺机构动力、机器视觉理论及其应用、精密测量和故障诊断研究。
Supported by:
Supported by the National Natural Science Foundation of China(51875204) and the Natural Science Foundation of Guandong Province(2020A1515011543)

摘要/Abstract

摘要： 机器人夹钳是确保软性易变形微小物体可靠稳定夹持与操作的关键；为了实现较大范围旋转姿态调整，提出并设计了一种电磁驱动的二自由度混联柔顺夹钳。首先采用卡氏第二定理，对夹钳输入刚度、转动耦合、位移放大比以及夹持力进行了理论建模；然后，通过提出的分阶段柔顺夹钳的优化方法确定了微夹钳的材料与设计结构参数，建立了单目标优化数学模型，并通过有限元静力分析方法验证了优化后微夹钳的驱动力、夹持行程与夹持力均达到设计要求；最后，通过搭建的实验平台对柔顺夹钳的性能进行了实验验证。结果表明：所设计的柔顺夹钳转动范围与精度均符合预期值、能够对柔性锂电池塑壳实现稳定夹持。

关键词: 电磁驱动, 二自由度混联柔顺夹钳, 卡氏第二定理, 输入刚度, 转动耦合, 夹持力, 有限元分析

Abstract: Robot grippers play a key role in the reliable grasp and manipulation of easy-deformable micro objects. In order to realize gripper attitude adjusting at a large extent, this study designed a kind of hybrid compliant gripper based on electromagnetic drive. Firstly, the input stiffness, rotation couplings, displacement amplification and gri-pper force of the compliant gripper were modelled based on Catiglianos second theorem. Then the material and design structural parameters were defined through the proposed optimization method of staged compliant clamp me-thod, and a single optimal objective mathematical model was built. Based finite element analysis, the designed results were verified in the field of driving force, grasping range, and grasping force, which all reach the design requirements. Finally, the performance of compliant clamps was testified on the established experiment platform. The experimental results indicate that rotation range and precision of the designed gripper fit in with expectation, and can undertake the stable grasping task for flexible lithium-battery plastic shell.

Key words: electromagnetic drive, two DOF hybrid compliant gripper, Catigliano's second theorem, input stiffness, rotational coupling, clamping force, finite element analysis

中图分类号:

TH122

陈忠谢声扬张宪民. 基于电磁驱动的二自由度混联柔顺夹钳设计[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2021, 49(12): 35-42.

CHEN Zhong XIE Shengyang ZHANG Xianmin. Design Of A Two DOF Hybrid Compliant Gripper Based On Electromagnetic Drive[J]. Journal of South China University of Technology(Natural Science Edition), 2021, 49(12): 35-42.

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基于电磁驱动的二自由度混联柔顺夹钳设计

Design Of A Two DOF Hybrid Compliant Gripper Based On Electromagnetic Drive

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