3、新型半自动抓取装置与基于瓦特连杆的柔顺定位机构刚度模型-优快云博客

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新型半自动抓取装置与基于瓦特连杆的柔顺定位机构刚度模型

1. 引言

在微机器人设备的设计领域，利用弹性变形来产生所需运动是一种重要的设计思路。这种设计通常基于数学模型的创建和评估，常见的设计方法遵循基于模型的设计原则以及机电系统设计方法VDI2206。对于紧凑的柔顺装置，初始设计往往依赖于工程直觉，将常见的运动学结构转化为弹性替代结构。例如，用柔性铰链或柔顺机构替代运动副，像用两轴柔性关节或缺口U形关节替代万向节，用平行四边形或四杆缺口块替代棱柱运动副。

由于柔顺结构仅由弹性旋转关节构成，其运动呈圆形。因此，借鉴直线运动学结构是实现微机器人设备直线输出运动的有效途径。以微夹爪为例，为了抓取细胞、凝胶和纳米结构组件等软物体，需要夹爪手指实现平行直线运动。一些设计采用了如Hoeken连杆连接平行四边形以消除输出点旋转，或使用改良的Scott Russell直线机构来设计机器人末端执行器。还有基于Roberts连杆的XY定位装置，工作范围大且寄生运动小；以及由大型变形铰链和连杆组成的微型操纵器，能在较小区域内工作。

瓦特连杆是一种简单的直线机构，由三个通过旋转关节连接的刚性连杆组成。这种运动学结构适合构建柔顺的XY定位平台，有望使其成为智能设备，如用于珠宝微型雕刻机工具定位，或作为中央方桌外部接触反作用力的传感器。在初始设计阶段，通过有限元分析（FEA），将旋转关节替换为柔性铰链，并进行适当修改，以满足设计要求。通过仔细的刚度分析，可以计算出柔性铰链、执行器的参数以及整个定位装置的性能。