[发明专利]一种绳驱动刺爪附着机构附着性能实验方法

权利要求书

1.一种绳驱动刺爪附着机构附着性能实验方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1.布置实验装置，将零部件加工完成的刺爪附着机构进行装配，确保各个骨趾的初始状态一致，并将装配好的刺爪附着机构作为实验装置固定在支承架上；所述实验装置包括八面框架机体，所述八面框架机体外侧通过扭簧均匀铰接有多个多骨趾手指，所述多骨趾手指包括通过连接件和扭簧与所述八面框架机体铰接的近骨趾，所述近骨趾远离所述八面框架机体一端铰接有远骨趾，所述近骨趾内侧固定安装有近骨趾爪刺箱，所述远骨趾内侧固定安装有远骨趾爪刺箱，近骨趾爪刺箱内侧设置有近骨趾爪刺，远骨趾爪刺箱内侧设置有远骨趾爪刺；所述八面框架机体内设置有绳驱动系统，所述绳驱动系统包括固定设置于所述八面框架机体内的上电机和下电机，所述上电机传动连接有上绕线圆盘，所述下电机传动连接有下绕线圆盘，所述上绕线圆盘上缠绕的上绳驱绳索末端穿过所述近骨趾外侧的限位件后与所述远骨趾外侧固定连接，所述下绕线圆盘上缠绕的下绳驱绳索与所述近骨趾远离所述远骨趾一端的连接部固定连接；

S2.布置数据采集装置；

S3.试验绳驱动系统，绳驱动系统的上电机和下电机，安装在实验装置的刺爪附着机构的八面框架机体中；启动绳驱动系统的上电机和下电机，验证刺爪附着机构的多骨趾运动正确合理性；

S4.附着实验，准备表面粗糙度不同，大小不同，质量不同的被附着物，控制刺爪附着机构的多骨趾运动，使得被附着物在骨趾和爪刺的作用下被牢固的附着抓紧；

S5.采集实验数据，实验装置的各个骨趾爪刺安装的压力薄膜传感器，实验装置的绳驱动系统的上绳驱绳索和下绳驱绳索上安装的拉力传感器，采集各个传感器反馈的数据；

S6.数据分析对比，得到实验装置的绳索驱动力和实验装置与接触面的接触力之间的关系，并和理论依据中根据静力学分析和计算得到的绳索的驱动力与接触力之间的关系，二者进行对比分析。

2.根据权利要求1所述的绳驱动刺爪附着机构附着性能实验方法，其特征在于：静力学分析和计算过程，具体方式如下：

各个骨趾的爪刺在各个接触点的接触力大小，

变换得，

上式中，各参数定义如下所示，F_y1为近骨趾爪刺在y方向的受力，F_x1为近骨趾爪刺在x方向的受力，μ为骨趾爪刺与粗糙接触表面间的摩擦系数，θ₁为近骨趾爪刺与粗糙接触表面接触点和x方向的夹角；F_y2为远骨趾爪刺在y方向的受力，F_x2为远骨趾爪刺在x方向的受力，θ₂为远骨趾爪刺与粗糙接触表面接触点和x方向的夹角；

根据远骨趾和近骨趾的受力情况，得到远骨趾和近骨趾的力矩平衡方程，通过求解骨趾的力矩平衡方程，得到绳驱动的驱动力，远骨趾受力情况为接触点的接触力和远骨趾与近骨趾铰接处扭簧产生的力矩，因此，远骨趾的力矩平衡方程为，

F_f2×S₄+F_n2×S₂-M₂+G₂×P₂＝0

上式中，各参数定义如下所示，F_f2为远骨趾在接触点受到的摩擦力，F_n2为远骨趾在接触点受到的支持力，M₂为扭簧产生的力矩，G₂为远骨趾的重力，S₄为摩擦力对于远骨趾铰接处的力臂，S₂为支持力对于远骨趾铰接处的力臂，P₂为重力在质心处对于远骨趾铰接处的力臂；

近骨趾的受力情况为接触点的接触力、近骨趾和远骨趾铰接处扭簧产生的力矩、近骨趾和机体铰接处扭簧产生的力矩和绳驱动的驱动力，近骨趾的力矩平衡方程为，

F_f1×S₁+F_n1×S₃+M₂-M₁-G₁×P₁＝F_u×S_u

上式中，各参数定义如下所示，F_f1为近骨趾在接触点受到的摩擦力，F_n1为近骨趾在接触点受到的支持力，M₂为近骨趾和远骨趾铰接处扭簧产生的力矩，M₁为近骨趾和机体铰接处扭簧产生的力矩，G₁为近骨趾的重力，F_u为绳驱动的驱动力，S₁为摩擦力对于近骨趾和机体铰接处的力臂，S₂为支持力对于近骨趾和机体铰接处的力臂，P₁为重力在质心处对于近骨趾和机体铰接处的力臂，S_u为驱动力对于近骨趾和机体铰接处的力臂；

通过受力情况和受力分析得到刺爪附着机构绳驱动的驱动力和各个骨趾在各个接触点的接触力之间的数学关系。