[发明专利]一种软体手指状抓手平面展开形状优化方法

权利要求书

1.一种软体手指状抓手平面展开形状优化方法，其特征在于，对原有软体抓手的手指宽度进行优化，旨在实现离散分布的手指经弯曲后对目标物体形成闭合抓取的目的，该优化方法满足以下假设条件：

1)手指被看作线性物体，即沿一个正交方向比沿其他两个方向尺寸大得多的物体；

2)手指抓握过程中只产生平面内变形；

该优化方法包括以下步骤：

步骤1.建立等效线性模型：根据现有软体抓手平面展开几何模型，分析抓手各部分功能特征并建立沿手指长度方向的等效线性模型；

步骤2.计算抓手变形数值模型并进行迭代：根据实际情况下抓手被驱动和约束情况，对抓手变形过程进行数值计算，以模拟抓手抓握过程；

步骤3.终止条件判断：设定终止条件，判断抓手变形程度是否达到设定的终止条件；若达到，则继续下一步；若否，则跳转到步骤2；

步骤4.计算理想宽度：根据得到的终止条件下数值模型和几何关系，计算以实现抓手闭合抓取为目标的手指理想宽度；

步骤5.收敛判断：设定收敛条件，判断所得理想宽度和当前宽度(现有软体手指状抓手手指宽度)的误差是否满足收敛条件，若满足则完成抓手形状优化，输出数值模型，否则返回步骤2，直至满足收敛条件；

步骤6.输出平面几何展开模型：根据优化后的数值模型，得到满足闭合抓取目标的抓手手指任意点宽度，设计出平面展开几何模型。

2.如权利要求1所述的一种软体手指状抓手平面展开形状优化方法，其特征在于：步骤2中，对步骤1所得等效线性模型用有限单元剖分，建立有限元模型，并对节点参数进行初始化。

3.如权利要求2所述的一种软体手指状抓手平面展开形状优化方法，其特征在于：节点初始化过程具体包括以下步骤：

1)初始化节点宽度系数(R_i)用以表示节点i处的抗弯截面系数；其中，i＝1，2，...，n，n为节点总数量；

2)初始化节点的弧长(s_i)和切线方位角(θ_i)。

4.如权利要求1所述的一种软体手指状抓手平面展开形状优化方法，其特征在于：步骤2中，将关键节点的切线方位角(θ_i)约束作为边界条件，并引入驱动特征作为约束条件和迭代起始、终止条件。

5.如权利要求1所述的一种软体手指状抓手平面展开形状优化方法，其特征在于：步骤2中，根据线性物体的内能在其稳定变形状态下达到最小值的原理，可对抓手变形过程中任一状态进行静态建模。根据表达式(1)计算出内能V；

V＝U-∑_iW_i  (1)

其中，W_i为节点i上外力做功，U为线性物体的势能，根据表达式(2)计算出势能U；

U＝U_flex+U_ext+U_grav  (2)

其中，U_flwx、U_ext、U_grav分别表示物体的弯曲势能、伸展势能和重力势能，根据表达式(3)、(4)可分别计算弯曲势能U_flex、伸展势能U_ext,假设重力沿x轴起作用重力势能U_grav可由表达式(5)计算：

其中，R_f表示物体的弯曲刚度，R_e表示物体的拉伸刚度，D表示物体单位长度的重量，K表示物体上任意点处的曲率，ε表示线性物体上任意点沿其中心轴的拉伸应变。

6.如权利要求1所述的一种软体手指状抓手平面展开形状优化方法，其特征在于：步骤6中，可使用插值的方法得到两节点间任意点的手指宽度，进而得到优化后手指边界上任意点的坐标，进而可通过曲线拟合的方法得到手指边界曲线，从而输出抓手平面展开几何模型。