基于静电吸附机理的服装机器人末端执行器研究

来源 :天津工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ktcalf
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纺织服装行业是社会发展的支柱产业。随着人们生活水平的提高,纺织行业的消费市场已经由排浪式消费阶段向个性化消费阶段转变,传统的手工生产已经不能够适应时代的需求,服装私人定制将会成为未来纺织服装行业的主要发展方向,而服装私人定制化的发展,离不开工业机器人技术的支撑。机器人末端执行器作为直接与物体接触的部件,是工业机器人在纺织行业应用的关键。因此,针对服装行业的机器人末端执行器的研究,对我国服装行业的发展具有重要意义。当前机器人末端执行器的抓取方式主要有机械抓取、负压吸附和针刺结构。机械抓取定位精度差,容易导致面料的变形;负压吸附能量损耗严重,会产生噪音;针刺结构随着刺针刺入面料,面料会发生形变,对面料的质量有一定影响。针对柔性、透气、轻质和高弹的服装面料,以上抓取方式无法满足加工要求。静电吸附通过电场将布料极化产生吸附力,具有定位准确、耗能低和适应性广泛的特点。故论文就静电吸附技术在服装机器人自动化生产加工领域的应用进行研究。首先,构建基于服装面料织物特性的静电吸附力模型。论文通过分析影响静电吸附力大小的因素,得到影响静电吸附力大小的主要因素是织物的结构参数和织物的介电特性。再以针织纬编织物为例,构建面料的参数化模型。然后对织物的结构参数与静电吸附力大小的关系进行分析,并结合麦克斯韦方程组和仿真软件计算混编织物的介电常数,构建出基于服装面料织物特性的静电吸附力模型。其次,对面向服装面料静电吸附抓取的电极板进行优化。论文使用有限元分析方法对静电极板上的电荷分布进行分析,得到极板上电荷的分布规律。以单位面积上电荷最多、吸附力最大为目标,采用参数化设计的方法,基于服装面料的特性对电极板的形状布置、结构参数进行优化。优化后静电力提高13%左右。最后,对前期的理论研究成果进行验证分析。以针织纬编织物为例将服装面料的三维模型导入仿真软件,对极板所产生的静电吸附力的大小进行验证分析。并搭建实验平台检测静电吸附力的大小,对理论及仿真结果进行实验验证。结果显示,静电吸附式末端执行器能够实现对面料的抓取和转移,满足使用要求。论文创造性的将静电吸附技术应用于面向服装制造行业的机器人末端执行器。并针对服装面料特性对静电吸附极板进行优化设计,为解决面料的自动抓取和转移提供了新的思路,为静电吸附技术在其他行业的应用提供了借鉴。
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