A Soft Active Surface Gripper for Safe In Hand Manipulation of Fragile Objects
柔性主动表面夹持器——用于易碎物体的安全手内操作
项目概述
易碎物体的安全手内操作是机器人抓取领域的关键难点，传统夹持器刚性较强、力控精度不足，易对易碎物体造成挤压损伤，难以实现稳定抓取与操控。与上一项目（基于自适应包裹与主动弹性带的夹持器）相比，本项目核心差异在于聚焦易碎物体的安全操控需求，摒弃弹性带驱动模式，采用柔性主动表面+3D打印气囊结构，以气压驱动为核心，更侧重夹持的温和性与压力精细调控，而非刚性支撑与包裹适配；本项目提出一种柔性主动表面夹持器设计方案，以柔性结构为核心，结合主动驱动技术，实现对易碎物体的温和、稳定夹持，有效解决易碎物体抓取过程中的损伤问题，提升手内操作的安全性与可靠性，为易碎品加工、精密仪器装配、医疗样品操控等场景提供技术支撑。
个人负责工作
本人全程参与项目核心研发工作，具体负责内容如下：
- 机械结构设计与技术突破：负责设计抓手的机械结构，重点攻克3D打印气囊技术难题，通过反复实验调整打印参数，开展针对性结构优化，有效提升3D打印气囊的产出率与耐用性，保障抓手柔性结构的核心性能。
- 气囊设计参数优化：通过系列实验优化气囊设计参数，在相同气压条件下，显著增强气囊的弯曲度与手指夹持力量，实现柔性夹持与操控力的平衡，适配易碎物体的抓取需求。
- 力学分析与仿真测试：利用ABAQUS软件对手指结构进行力学分析与仿真，针对不同设计参数开展仿真验证，明确结构受力特性与形变规律，大幅提高实验效率与设计合理性，为结构优化提供理论支撑。
- 气路控制组件开发与同步控制：开发抓手气路控制组件，采用电磁阀、气瓶与调压阀，实现对四根手指的独立正负压力精细调控；基于Simulink平台，完成气路控制与电机的同步控制，确保夹持动作的平稳性、精准性，适配易碎物体的安全操控需求。
项目成果
- 论文发表：项目相关研究成果发表于机器人领域国际顶会 IROS 2025，论文题目为《A Soft Active Surface Gripper for Safe In Hand Manipulation of Fragile Objects》，系统阐述了柔性主动表面夹持器的设计原理、技术突破、实验过程与研究结论，具有较高的学术价值与应用前景。
- 实物与技术突破：完成抓手实物制作与调试，成功突破3D打印气囊技术瓶颈，实现易碎物体的安全、稳定手内操作；完成气路控制组件与同步控制系统搭建，达成手指独立压力调控与动作同步，满足实际应用需求。