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捕蝇草运动机理及其仿生驱动器的仿真和实验研究
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作者 李健 黄美珍 +3 位作者 闫杰 栾智博 王扬威 王雨涵 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2023年第6期710-719,736,共11页
捕蝇草的叶片运动具备动作迅速、可逆、控制方便、结构简单等优点。本文从捕蝇草的快速运动中获得灵感,从微观和宏观层面上研究捕蝇草的基本结构和运动学特性。微观层面上,使用植物切片法和组织透明技术观察分析叶片的脉管系统结构、细... 捕蝇草的叶片运动具备动作迅速、可逆、控制方便、结构简单等优点。本文从捕蝇草的快速运动中获得灵感,从微观和宏观层面上研究捕蝇草的基本结构和运动学特性。微观层面上,使用植物切片法和组织透明技术观察分析叶片的脉管系统结构、细胞尺寸及横向、纵向上细胞的排布规律。宏观层面上,利用高速摄像机和Kinovea图像分析软件分析叶片边缘的水平位移、速度、加速度、张开角度等的变化规律,采用非接触全场应变测量系统获得捕蝇草叶片闭合过程中外表面的应变情况;基于多孔介质模型,研究水分传输引起的细胞膨胀变形运动的规律,以及在流体作用下仿生柔性叶片的弯曲变形规律;最后使用3D打印技术制备仿生柔性叶片驱动器,进行实验验证。研究表明,本文提出的仿生柔性叶片驱动器通过流固耦合仿真技术能够在2 MPa的液压下在1 s内完成弯曲变形,最大弯曲角度为32.27°。同时,制备的仿生柔性叶片驱动器样机的实验结果与仿真结果基本吻合,验证了流固耦合仿真技术的可行性与正确性,完成了对捕蝇草叶片快速闭合运动的复现,闭合过程中实现了叶片的快速弯曲。 展开更多
关键词 捕蝇草运动机制 流固耦合仿真 多孔介质模型 柔性驱动器 3D打印技术
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液压驱动仿生捕蝇草柔性抓手的设计与实验研究
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作者 李健 王雨涵 +2 位作者 王扬威 戴楚彦 栾智博 《华南理工大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第1期8-15,共8页
随着科技的发展和生活的需要,柔性抓手因其安全性和柔顺性逐渐成为了研究热点。捕蝇草作为一种能够实现包络抓取的植物,其运动特点对于柔性抓手的抓取运动具有较好的参考性。文中根据软体网格结构和捕蝇草的变形机理,提出了一种由双仿... 随着科技的发展和生活的需要,柔性抓手因其安全性和柔顺性逐渐成为了研究热点。捕蝇草作为一种能够实现包络抓取的植物,其运动特点对于柔性抓手的抓取运动具有较好的参考性。文中根据软体网格结构和捕蝇草的变形机理,提出了一种由双仿生叶片组成的液压驱动仿生捕蝇草柔性抓手结构。首先基于本构模型提出了完全嵌入式单列网格弯曲角度和压力关系的数学模型,然后基于仿真模型分析了多列网格弯曲角度和压力的关系,确定了柔性抓手0.040 MPa的工作压力。通过分析仿真结果,得出了边缘不完整网格的弯曲角度变化和受力均大于完整网格的结论,证明了不完整网格处是柔性抓手强度的薄弱点。进行了液压驱动和气压驱动仿生叶片的弯曲实验和闭合力实验,证实了在工作压力下液压驱动的性能优于气压驱动,确定了柔性抓手0.010 MPa的准备压力。最后通过适应性实验证明了所设计的柔性抓手能抓取不同形状的物体,证实了最大负载能力达304.3 g。文中设计的液压驱动仿生捕蝇草柔性抓手可以为活体昆虫捕捉和无损采摘提供有效的解决方案,也可为仿生植物机器人的研发提供理论和技术基础。 展开更多
关键词 液压驱动 仿生捕蝇草 柔性抓手 仿真 实验研究
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