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基于金属编织技术的柔性机械手结构设计与实验验证
编辑人员丨1天前
目的:开发一种应用于经自然腔道内镜手术（NOTES）机器人柔性机械手的骨架结构，以满足NOTES对手术执行器械的性能需求。方法:基于金属编织技术设计一种柔性机械手结构及对应结构的控制策略。根据柔性机械手的机械结构特征推导几何关系公式。通过链式梁约束模型（CBCM）以及机械弹簧理论建立理论模型。对机械结构建立有限元模型并分析，验证理论模型的精度；并由金属编织结构的抗弯刚度验证柔性机械手的载荷能力。结果:基于金属编织技术设计了一种柔性机械手结构及对应结构的控制策略。在设置恰当的约束条件后，金属圆环作为单个受力单元在受到0.5 N的轴向力驱动时，最大应变约为1.49%，处于线性弹性阶段。最大形变约为0.308 9 mm，比理论值高3.26%。机械手骨架的最大应变约为0.21%，处于线性弹性阶段。最大总形变约为7.135 5 mm，比理论值高6.30%。机械手骨架的抗弯刚度计算为3.19 N·mm 2，与同量级尺寸形状记忆聚合物（SMPs）制成的柔性机械手相当。 结论:开发一种应用于NOTES机器人柔性机械手的骨架结构，符合执行NOTES手术任务的支撑刚度需求。
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编辑人员丨1天前
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基于柔性铰链的仿生外骨骼机械手设计研究
编辑人员丨2023/8/5
为辅助手功能障碍患者在日常生活中更好地进行手部的康复训练与活动,提出一种基于柔性铰链的仿生外骨骼机械手.首先,基于弹性力学建立直梁型与半圆弧梁型柔性铰链刚度之间的映射关系模型,通过有限元模型改进半圆弧梁型柔性铰链的刚度设计式,并利用三铰链串联式外骨骼手指有限元模型验证单铰链刚度设计式的通用性和有效性;其次,基于修正后的刚度设计式,设计基于柔性铰链的仿生外骨骼机械手,通过绳索实现屈曲运动,通过柔性铰链的储能实现伸展运动,并根据齐次坐标变换建立相关的运动学模型,研究绳驱下的运动特性;最后,对试制的原型机进行屈曲性能与抓握能力的实验验证.外骨骼手指的仿真结果表明:单铰链的刚度设计式可用于复杂机构中各铰链的刚度计算,其误差值不大于3.5％;所试制的原型机手部执行构件仅重125 g,方便使用者日常携带.屈曲性能的实验结果表明:改进的刚度设计式减小了半圆弧梁型柔性铰链40％的刚度计算误差,使误差控制在5％以内,能快速获取满足弯曲条件的铰链几何尺寸.抓握能力的实验结果表明:两名健康受试者测量出外骨骼手单指能稳定输出8N的指尖力,满足日常生活所需.因此,该外骨骼机械手可提供正常的关节活动度,其轻质便携及抓握能力高的特性还能辅助手功能障碍患者进行手部康复训练与日常活动.
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编辑人员丨2023/8/5
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一种临床微创手术用刚性可控机械手设计与研究
编辑人员丨2023/8/5
目的 设计一种微创手术中刚性可控机械手结构并进行应力分析.方法 采用薄膜覆盖编织管的内外表面,形成管状密封腔,从而构成刚度可调的新型折叠结构机械手,为评估机械手密封管的弯曲刚度,分别对物理试样进行了纯弯曲实验、有限元Abaqus/Explicit数值模拟以及综合分析.结果 通过有限元数值分析,结果表明,刚性状态中获得了测量曲率半径p=136.17 mm的近似纯弯曲,柔性状态中曲率半径为p=144.36 mm.综合分析结果显示,刚性状态实验力矩为136.21 Nmm,柔性力矩为19.91 Nmm.结论 刚性状态下,编织管在骨架上紧密压缩,密封管的变形模式不会受到显著影响,仍可以正常工作.变形构型和力矩曲线与相应的实验结果显示出相同的趋势,验证了设计的新型机械手及其密封管的有效性及实用性,该设备可为微创手术机械手设计及应用提供一定借鉴作用,具有一定推广价值.
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编辑人员丨2023/8/5
