可变刚度深腔作业器创制新原理与关键技术

基本信息
批准号:51805071
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:26.00
负责人:李特
学科分类:
依托单位:大连理工大学
批准年份:2018
结题年份:2021
起止时间:2019-01-01 - 2021-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:王永青,李喆,耿兴华,韩灵生,李亚鹏,张嘉礼,崔学文,庹桂本
关键词:
可变刚度深腔操作智能控制刚柔混合系统
结项摘要

In some advanced machine manufacturing fields, such as aerospace, energy and power, it is required to complete the tasks of bolt fastening, material pasting and drilling in deep cavity environments. In actual production, these tasks are often forced to be operated manually by workers with very slim body or slender arms, which results in great labor intensity, low operation efficiency, and poor quality consistency. A transformative solution to such production problems is to design a rigid-flexible mixture, and changeable stiffness system, which can go deep softly and operate with good stiffness. This project focuses on the creation problem of the variable stiffness operation machine in deep cavity environments. An innovative principle of the variable stiffness operation machine in deep cavity is proposed, which embeds magnetic powder inside the body of high-elastic silicone rubber and actuates the body with high pressure gas and electromagnetic field. This project also aims to reveal the rigid-flexible converting and hybrid actuation mechanism of the deep-cavity operation machine. Some core research jobs are emphatically developed, involving the variable stiffness mechanism of deep-cavity operation machine integrated with “electricity-magnetism-gas-solid”, the antagonistic configuration design of functional cavity with deep-cavity operation constraints,the stiffness parameter identification under “polymorphism” operations, the stiffness intelligent control considering communion operation behavior between the deep-cavity operation machine and environment. This project is aimed to explore the new design solution of variable stiffness operation in deep cavity, and promote the applications of rigid-flexible mixture systems actively to the high-end machine manufacturing fields of aerospace or else.

在航空航天、能源动力等高端装备制造领域中,往往需要在深腔环境中完成螺栓紧固、材料贴覆、钻孔等作业任务。实际生产中,此类任务被迫由体形瘦小或手臂细长的工人手动操作完成,劳动强度大、操作效率低、质量一致性差。寻求一种刚柔并济、刚度可变,既能柔性进入、又能刚性作业的操作器是解决这类生产难题的变革性方案。本项目针对深腔环境约束的可变刚度作业器创制难题,提出高弹性硅橡胶内嵌磁致力响应材料、以高压气体和电磁场混合驱动的变刚度深腔作业器新原理,揭示深腔作业器的刚-柔转变、混合驱动内在机制,重点开展“电-磁-气-固”一体化深腔作业器变刚度机理、虑及深腔操作约束的作业器功能腔道拮抗构型设计、深腔作业器操作刚度特性参数辨识、深腔作业器-环境共融操作行为下的刚度智能调控等核心研究工作,探索变刚度深腔作业器设计新思路,旨为促进刚柔一体化系统在航空航天等高端制造领域推广应用做出积极贡献。

项目摘要

面向复杂深腔环境刚柔可变、安全交互的应用需求,针对可变刚度深腔作业器创制难题,提出了基于磁致变刚度效应的气动软体作业器创成原理。阐释了磁致弹性体变刚度效应与磁场强度/铁磁颗粒粒度/铁磁体积分数/基体硬度的关系;设计了多种具有约束层的磁致变刚度气动拮抗构型,并基于有限元分析了不同结构参数下的运动响应规律;制备了可用于浇注制造和3D打印成型的磁流变弹性体材料,提出了深腔作业器浇注制造与3D打印制造方法;建立了磁致变刚度软体作业器的刚度模型,并试验辨识了关键参数;提出了基于视觉反馈的软体作业器控制方法,增强了有效负载和位置保持能力;研制出2种可集成于三轴平台/机器人末端的磁致变刚度气动软体作业器,在深腔柔性操作方面具有一定的应用潜力。通过本项目研究,丰富了变刚度作业器(机器人、柔性夹具等)领域的理论方法和技术。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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