【摘 要】
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软体抓手作为软体机器人领域一个重要的应用分支,因其具有结构柔软度高、柔顺性好、控制策略简单、人机交互性好的特点,受到了广泛的研究。目前,用于软体抓手的柔性材料普遍存在难愈合、难回收、难降解的问题,一旦发生破损,软体抓手便将难以被修复或是被有效地回收,通常其将会被直接废弃,产生废弃物堆积,对环境造成污染。针对现有软体抓手绿色环保性能的不足,本论文以延长软体抓手使用寿命、提高材料利用率、降低环境污染为
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软体抓手作为软体机器人领域一个重要的应用分支,因其具有结构柔软度高、柔顺性好、控制策略简单、人机交互性好的特点,受到了广泛的研究。目前,用于软体抓手的柔性材料普遍存在难愈合、难回收、难降解的问题,一旦发生破损,软体抓手便将难以被修复或是被有效地回收,通常其将会被直接废弃,产生废弃物堆积,对环境造成污染。针对现有软体抓手绿色环保性能的不足,本论文以延长软体抓手使用寿命、提高材料利用率、降低环境污染为目标,设计一款具有可自愈合性、可回收性和可降解性等环境友好性能的环境友好型软体抓手。采用理论分析和实验验证的方式,对抓手本体材料的内部结构、力学性能、环境友好性能以及抓手的抓取能力、运动能力、环境友好能力进行了深入研究。本文的主要研究内容如下:(1)本体材料的设计与制作工艺方法研究。基于材料科学中自愈合高分子材料的研究,提出以氢键和金属配位相互作用作为本体材料的自愈合机理的愈合方案,充分调研现有的高分子材料,选择以明胶、聚乙烯醇、甘油、氯化铁溶液、去离子水作为本体材料的原材料,并结合原材料的物化性质,设计制作流程简便、有利于推广的本体材料制作工艺流程。(2)本体材料力学性能及环境友好性的实验研究。利用结构表征实验,测定本体材料内部分子结构及其相互作用。通过拉伸测试实验,定性分析本体材料的原材料成分对其力学性能的影响,验证本体材料在环境中的稳定性,证明本体材料拉伸力学性能可满足软体抓手使用需求。设计自愈合和回收流程,根据本体材料愈合和回收后的力学性能测试结果,验证其自愈合和回收能力的可靠性,对废弃的本体材料进行降解实验,证明其降解性能。(3)环境友好型软体抓手的设计与实验研究。提出线驱动三指式软体抓手结构设计方案,通过ABAQUS/CAE有限元仿真分析软件的分析,对软体抓手手指的相关参数进行结构优化。基于本体材料,设计软体抓手的制作工艺流程,根据恒曲率假设,建立软体抓手手指的运动学模型,通过MATLAB软件,验证运动学模型的正确性。设计软体抓手的自愈合和回收流程,测试愈合和回收后的软体抓手及其手指的运动和力学性能恢复程度,通过降解实验,验证软体抓手能够在较短的时间内降解,证实软体抓手环境友好性能的可靠性。
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