论文总字数：22915字

摘 要

本次毕业设计中，主要任务是设计并简要制作一种气动装置，令它通过气压的变化，从而跟着改变自身的形状及性质，并以此来运动。因此，气动柔性机械手即为此次实验的主要制作品，通过气动驱动，改变手指的弯曲度，从而做出各种动作以及实现简单的抓握等功能。这种柔性的机械装置与传统刚性装置相比，有着轻便、廉价、适应性强等优点。

本次实验中，考虑到要尽量使制备简化、安全以及节约材料等方面，选择采用聚二甲基硅氧烷（PDMS）这一试剂作为主要的模型制备基底，因为它具有光学透明，且在一般情况下，它惰性，无毒，不易燃。而这种化学试剂，此前则更多地应用于微流体实验等领域中。

本文在通过查阅资料以及反复的实际操作试验后，确定了制作柔性机械手指的最佳工艺流程，并对于其中的难点问题加以解决。在将柔性手指模型制作完成后，又制定了一套简单可行的气路用于检测样品的耐用性、夹取物体的实际效果等实用价值，验证了柔性机械的灵活性以及适用性。

本实验的结果为柔性机械的制作提供了一种解决方法，并通过实际的应用确定了该方法的可行性，为进一步研究柔性机械的发展奠定了基础。

关键词：柔性机械，聚二甲基硅氧烷，气压驱动

Abstract

In this article, the main task is to design and briefly create a pneumatic device that allows it to move through changes in air pressure, which in turn changes its shape. Therefore, the soft pneumatic manipulator is the main work of this experiment. By pneumatically driving, the curvature of the soft finger is changed so that various actions and simple grasping can be performed. Compared with traditional rigid devices, this kind of mechanical device has the advantages of being light, cheap, and adaptable.

In this experiment, the need to simplify preparation, safety, and material savings are took into account, Polydimethylsiloxane (PDMS) was chosen as the main model for the preparation of substrates because of its optical transparency, what’s more, it is inert, non-toxic and non-flammable. This type of chemical reagent has previously been more widely used in microfluidic experiments.

After consulting the data and repeated practical operation tests, the optimal process flow for the production of soft mechanical fingers was determined, and the difficult issues were also solved. After the model was completed, a set of simple and feasible gas paths was designed to test the durability and the actual effect of the sample, which proved the flexibility and applicability of the soft machine.

A solution for the manufacture of soft machinery is provided by the results of this experiment, and the feasibility of the method is determined by practical application, which laid the foundation for further research on the development of soft machinery.

Key Words: Soft machinery, PDMS, Pneumatic

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 背景意义 1

1.2 技术发展现状 1

1.2.1 机械手研究现状 1

1.2.2 四足类软体机器人 2

1.2.3 气动康复手套 3

1.2.4 柔性五指机械手 3

1.2.5 欠驱动柔性机械手 4

1.3 优缺点 5

1.4 发展与应用 6

1.5 本次实验的主要内容及原理 6

第二章 方案设计综述 8

2.1 柔性手指结构设计 8

2. 2 模具设计 10

2.2.1 初步结构设计 10

2.2.2 结构优化 11

2.3 机座结构设计 12

2.3.1 初步结构设计 12

2.3.2 结构优化 12

2.3.3 规格设计 13

2.4 本章小结 14

第三章 实验设备及方法 15

3.1 材料及设备说明 15

3.2 工艺流程详述 15

3.2.1 实验步骤 15

3.2.2 注意事项 16

3.2.3 实验中的难点问题 17

3.3 机座的制作 19

3.4 模型测试步骤 20

3.5 本章小结 22

第四章 实验结果分析 23

4.1 强度测试 23

4.2 弯曲度测试 23

4.3 物体夹取结果 24

4.3.1 小规格机座实验结果 24

4.3.2 大规格机座实验结果 26

4.4 实验总结 27

第五章 总结与展望 28

5.1 总结 28

5.2 展望 28

致 谢 30

参考文献 31

第一章 绪论

1.1 背景意义

20世纪中叶，随着工业机器人的出现，极大的推动了机器人技术的进步。1962年，世界上第一台由美国Unation公司发明的工业机器人Unimate在通用公司的成功应用，标志着人们进入了一个全新的机器人时代^[1-3]。在如今的制造领域，我们可以看到，众多机器人在替代人们执行各种操作任务。然而，依然有许多操作任务单靠机械臂的运动无法完成，于是能像人手一样活动工作的机械手成为人类期待的目标。经过十几年的研究，世界一些大学和研究机构开发出多种机械手样机。早期的工业机器人主要执行上下料的简单任务，功能单一的两指夹持器就能满足任务需要。但随着技术的进步，工业机器人开始向更多的应用领域发展，上百种专门用途的“手”，统称为末端执行器，使机器人能够应对丰富多样的人物对象。然而，随着时代的发展，传统机器人多限于制造领域，一个重要原因在于缺乏对复杂环境和对象的操作能力。于是，研究和开发类似人手的智能机械手，对于机器人技术在更为广泛的领域获得应用将会产生重要作用。近年来，众多学者在多指柔性机械手方面做了大量研究，研制了多种柔性仿人机械手，其中多数机械手采用微型电动机驱动，驱动器集成在手掌或手臂中，通过腱、 齿轮和连杆传动实现手指关节的远距离驱动。

随着工业化的实现，信息化的到来，我们开始进入知识经济的新时代，创新是这个时代的源动力。我们在不断发展的同时，不断地创造出各种各样为人类服务的工具，其中，机器人的应用领域不断扩大，从工业走向农业、服务业；从产业走进医院、家庭；从陆地潜入水下、飞往空间……机器人展示出它们的能力与魅力，同时也表示了它们与人的友好与合作。我们完全有理由相信，像其它许多科学技术的发明一样，机器人也应该成为人类的好助手、好朋友。

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