晶圆传输机器人末端执行器的拓扑优化

为了实现晶圆片快速稳定传输,通过拓扑优化设计了新的机器人末端执行器结构。首先,利用三维UG软件对晶圆传输机器人末端执行器进行实体建模;采用ANSYS对末端执行器进行静力学仿真,并对仿真结果进行分析,对其进行拓扑优化,计算出新的末端执行器结构,建立新的模型;最后,用ANSYS对新的末端执行器分别进行静力学仿真和动力学模态仿真,验证了此机械结构具有合理性。结果表明,新结构的末端执行器更省材料,形变、应力变化不大,固有频率符合要求,更有利于晶圆快速、高效、平稳地传输。     

欠驱动关节型柑橘采摘末端执行器设计与试验

末端执行器是水果采摘机器人的核心部件，由于目前水果采摘对象种类繁多，结构及参数固定的采摘末端执行器无法适应多场合采摘作业需求。该研究设计了一种欠驱动关节型采摘末端执行器，模拟人手包络采摘动作，并以柑橘为对象模拟球型果实对末端执行器进行结构设计。为改善此类末端执行器重复设计情况，并提升采摘适用性，提出一种基于改进遗传算法的参数化设计方法。运用 Microsoft Visual Studio 2012开发平台设计参数化界面，采用改进遗传算法结合NX的二次开发模块 NXOpen对末端执行器进行结构参数优化，并基于Adams对优化后的采摘末端执行器进行动力学仿真分析，验证了优化后的末端执行器采摘范围较优化前提升了29.1%。制作物理样机并分别进行室内与果园柑橘采摘试验，果径68～106 mm的柑橘采摘成功率达到92.9%，平均采摘单个柑橘用时7.3 s。所设计的末端执行器针能够针对不同果径的球形果实时做出快速变形反应，适合苹果、梨等不同种类球型果实采摘作业。采用遗传算法应用至优化机构工作参数，提高了机构设计的准确性与适用性。     

多功能蜓爪式仿生末端执行器设计与试验

为实现利用同一机械手柔顺抓取各种形状果蔬,并且在保证抓取效率的前提下,有效避免末端执行器对果蔬的损害,设计了一种基于仿生原理的多功能蜓爪式末端执行器。首先通过体式显微镜将蜻蜓各爪指的相关物理信息转换为具有指导意义的数据和量化模型,并采用理论分析与数学建模的方法,确定了机械手前后爪腿节、胫节与跗节的长度分别为36、48、31 mm,机械手中爪腿节、胫节与跗节的长度分别为48、48、36 mm;在此基础上,采用D-H法建立了该欠驱动末端执行器的运动模型,绘制了机械手的包络空间区域,进而得到机械手能够完全包络各种形态果蔬的主要抓取部位;最后,应用并联机构平台和串联机构平台开展静态抓取破坏试验,测定了损伤力极限值,并进行了果蔬抓取试验。试验结果表明,仿生机械手对番茄、苹果、柿子椒和茄子的平均抓取成功率分别为90.7%、88.6%、87.9%和87.2%,损伤率分别为4.3%、0.7%、3.6%和2.1%;可见该仿生末端执行器能够较好地实现对各种形态果蔬柔顺、稳定的无损抓取。