自锁式欠驱动夹持器结构设计及优化
Structure Design and Optimization of Self-locking Under-actuated Gripper
- 机械传动 2022年46卷第5期 页码：93-99
- 作者机构：
1.江苏科技大学 机电与动力工程学院， 江苏 镇江 215600
2.连云港杰瑞自动化有限公司， 江苏 连云港 222006
- 作者简介：
何淑婷（2000— ），女，江苏靖江人；研究方向为机械结构设计与优化。
申燚（1976— ），女，湖南邵东人，硕士，副教授；研究方向为复杂机械结构优化设计、仿生智能。
- 基金信息：国家重点研发计划“智能机器人”重点专项(2018YFB1309100┫江苏省科技成果转化专项资金┣BA2019092);江西省研究生创新专项资金项目(YC2020-S026)
DOI：10.16578/j.issn.1004.2539.2022.05.013
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何淑婷,申燚,戴现令等.自锁式欠驱动夹持器结构设计及优化[J].机械传动,2022,46(05):93-99.
He Shuting,Shen Yi,Dai Xianling,et al.Structure Design and Optimization of Self-locking Under-actuated Gripper[J].Journal of Mechanical Transmission,2022,46(05):93-99.
何淑婷,申燚,戴现令等.自锁式欠驱动夹持器结构设计及优化[J].机械传动,2022,46(05):93-99. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2022.05.013.
He Shuting,Shen Yi,Dai Xianling,et al.Structure Design and Optimization of Self-locking Under-actuated Gripper[J].Journal of Mechanical Transmission,2022,46(05):93-99. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2022.05.013.
摘要
为了避免自动化生产线上机器人因多品种、多尺寸圆盘类工件夹持时的频繁换夹，提高机器人夹持稳定性和安全性，设计了一种自锁式欠驱动夹持器并进行了结构优化。基于欠驱动原理完成夹持器的结构设计，并通过夹持构型与夹持过程分析，确保了结构自锁和包络夹持的可行性；根据虚功原理及连杆机构的矢量封闭方程，构建了夹持器自适应抓取状态下的静力学建模；根据夹持器各指节夹持力平衡，建立了结构参数优化模型，并引入遗传算法实现了参数优化。数值测试结果表明，相比经验法和Fmincon算法，遗传算法优化的目标值误差分别减少70%、62.5%，且夹持器的夹持力最大偏差分别减少78.3%，61.4%，验证了文中欠驱动夹持器遗传优化设计的优越性，满足了夹持器通过各指节力平衡实现稳定夹持的要求。
Abstract
In order to avoid frequent replacement of fixtures to the robot due to the clamping of disc type workpieces of various varieties and sizes on automated production lines， and improve the stability and safety of robot clamping， a self-locking under-actuated gripper is designed and optimized. The structure design of the gripper is completed based on the under-actuated principle， and the feasibility of structural self-locking and enveloping clamping is ensured through the analysis of the clamping configuration and clamping process. According to the principle of virtual work and the vector closed equation of the linkage mechanism， a static modeling under the adaptive gripping state of the gripper is constructed. A structural parameter optimization model is established according to the balance of the clamping force of each gripper knuckle， and a genetic algorithm is introduced to realize the parameter optimization. Numerical test results show that， compared with the empirical method and the Fmincon algorithm， the target value error optimized by the genetic algorithm is reduced by 70% and 62.5%， and the maximum deviation of the gripper's clamping force is reduced by 78.3% and 61.4% respectively， which verifies the superiority of the genetic optimization design of the proposed under-actuated gripper， and satisfies the stable clamping requirement of the clamper through the balance of the knuckle forces.
关键词
圆盘类工件自锁欠驱动夹持器遗传算法优化设计
Keywords
Disc type workpiecesSelf-lockingUnder-actuated gripperGenetic algorithmOptimal design
references
宋振东，李刚，武桐，等.基于欠驱动原理的多指灵巧手结构设计及实验研究［J］.机电工程，2021，38（1）：17-26.
SONG Zhendong，LI Gang，WU Tong，et al.Structure design and experimental study of multi fingered dexterous hand based on underactuated principle［J］.Mechanical and Electrical Engineering，2021，38（1）：17-26.
刘正勇，陈友东，王广炎.基于高斯混合模型的工业机器人适应性抓取［J］.组合机床与自动化加工技术，2018（6）：23-26.
LIU Zhengyong，CHEN Youdong，WANG Guangyan.Adaptive grasping of industrial robot based on gauss hybrid model［J］.Modular Machine Tool and Automatic Machining Technology，2018（6）：23-26.
蔡世波，陶志成，万伟伟，等.机器人多指灵巧手的研究现状、趋势与挑战［J］.机械工程学报，2021，57（15）：1-14.
CAI Shibo，TAO Zhicheng，WAN Weiwei，et al.Research status，trends and challenges of robot multi fingered dexterous hand［J］.Journal of Mechanical Engineering，2021，57（15）：1-14.
乔尚岭，刘荣强，郭宏伟，等.3-DOF索杆桁架式欠驱动机械手运动控制［J］.机械工程学报，2020，56（23）：78-88.
QIAO Shangling，LIU Rongqiang，GUO Hongwei，et al.Motion control of 3-DOF cable strut truss underactuated manipulator［J］.Modular Machine Tool and Automatic Processing Technology，2020，56（23）：78-88.
LIANG D Y，ZHANG W Z.PASA-GB Hand：a novel parallel and self-adaptive robot hand with gear-belt mechanisms［J］.Journal of Intelligent & Robotic Systems，2018，90（1）：3-17.
SEMASINGHE C L，RANAWEERA R K P S，PRASANNA J L B，et al.Hypro：a multi-dof hybrid-powered transradial robotic prosthesis［J］.Journal of Robotics，2018（2018）：1-15.
KIMURA N，IWATSUKI N，IKEDA I.Design of a flexibly-constrained revolute pair with non-linear stiffness in multiple directions［J］.Mechanical Engineering Journal，2020，7（4）：341-355.
LEE H C，CIPRA R.Design of a novel locking ratcheting mechanism for a body-powered underactuated hand［J］.Journal of Medical Devices，2020，14（1）：33-41.
王强，章军，徐丁峰，等.一种软轴传动柔性手指欠驱动机械手设计及其动态抓取过程分析［J］.制造业自动化，2020，42（12）：18-22.
WANG Qiang，ZHANG Jun，XU Dingfeng，et al.Design of a flexible finger underactuated manipulator driven by flexible shaft and analysis of its dynamic grasping process［J］.Manufacturing Automation，2020，42（12）：18-22.
雷翔鹏，唐术锋，梁威，等.欠驱动多指机械手优化设计与抓取稳定性分析［J］.机械传动，2020，44（11）：53-58.
LEI Xiangpeng，TANG Shufeng，LIANG Wei，et al.Optimal design and grasping stability analysis of underactuated multi fingered manipulator［J］.Journal of Mechanical Transmission，2020，44（11）：53-58.
GUO X Y，LI W B，GAO Q H，et al.Self-locking mechanism for variable stiffness rigid-soft gripper［J］.Smart Materials and Structures，2020，29（3）：1-11.
MAIA A M，GHAMRI D Y，VIEIRA D，et al.An improved multi-objective genetic algorithm with heuristic initialization for service placement and load distribution in edge computing［J］.Computer Networks，2021（prepublish）：108146.https：//doi.org/10.1016/j.comnet2021.108146https://doi.org/10.1016/j.comnet2021.108146.
SI G N，SUN L Y，ZHANG Z，et al.Design，fabrication，and testing of a novel 3D 3-fingered electrothermal microgripper with multiple degrees of freedom［J］.Micromachines，2021，12（4）：1-17.
张颖，乔贵方，万其，等.具有自适应能力的3指机械手爪的设计与实现［J］.机械设计，2020，37（11）：102-108.
ZHANG Ying，QIAO Guifang，WAN Qi，et al.Design and implementation of 3-finger manipulator with adaptive ability［J］.Journal of Machine Design，2020，37（11）：102-108.
JAMWAL P K，HUSSAIN S，GHAYESH M H.Intrinsically compliant parallel robot for fractured femur reduction：mechanism optimization and control［J］.Robotics and Autonomous Systems，2021（prepublish）：103787.
周欣竹，林佳辉，胡哲文，等.虚功原理在结构杆件内力计算中的应用［J］.浙江工业大学学报，2020，48（2）：212-216.
ZHOU Xinzhu，LIN Jiahui，HU Zhewen，et al.Application of virtual work principle in internal force calculation of structural members［J］.Journal of Zhejiang University of Technology，2020，48（2）：212-216.
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