顺序运动柔性螺旋驱动器的设计与分析

螺旋缠绕运动在自然界中广泛存在,是抓取大长径比物体的有效途径.同时,许多生物在抓取物体时关节或软体组织都遵循一定的顺序运动,这使得它们能适应性地抓取各种物体.受此启发,提出了一种顺序运动柔性螺旋驱动器,这种驱动器由螺旋主体和若干不同厚度的关节组成,通过一根线就可以驱动所有关节使驱动器进行顺序螺旋运动.通过有限元仿真,分析了关节无梯度的螺旋驱动器和其他两种不同关节厚度梯度的螺旋驱动器的在抓取圆柱表面时的末端轨迹、运动行为和接触贴合效果.结果表明,刚度梯度驱动器能实现顺序运动效果,同时顺序运动螺旋驱动器比无法顺序运动的驱动器拥有更为优秀贴合能力,并且刚度梯度越大贴合效果越好.最后,通过3D打印制造了顺序运动螺旋驱动器样机,进行了抓取实验,验证了仿真结果的正确性,同时证明了顺序运动螺旋驱动器的实际可行性,对今后机器人执行器的设计有重要意义.