气动网格执行器建模与结构优化研究.pdfVIP

2025年3月机

械

科

学

与

技

术March2025

第44卷第3期Mechanical

Science

and

Technology

for

Aerospace

EngineeringVol.

44No.

3

魏琼，刘伟恒，柯鼎,

等.

气动网格执行器建模与结构优化研究[J].

机械科学与技术，2025，44（3）：430-437

气动网格执行器建模与结构优化研究

魏琼，刘伟恒，柯鼎，郭川

（湖北工业大学

机械工程学院，武汉430068）

摘要：建模精度及驱动能力不足是当前气动网格执行器常见的问题。建模的关键在于应变能计算和

重力影响，驱动能力的关键在于结构。为提高建模精度及驱动能力，首先通过仿真与实验数据说明

变形后的应变能有区域性分布的特征，并基于此提出了应变能分区计算方法，提高了模型中应变能

的计算精度。然后采用集中质量和分布质量相结合的方法表征了重力影响，进一步提高了模型精

度。实验、仿真与模型的对比分析验证了该模型的可靠性。最后基于实验数据探究气囊个数、高度

及间距对弯曲角度和推力的影响规律，优化了执行器结构并提高了驱动能力。数据表明执行器弯

的曲角度相比原来提升约0.5

rad，可达2.5

rad。输出推力相比原来提升约2

N，可达3

N。

关键词：气动网格驱动器；应变能；分区计算方法；执行器结构

中图分类号：TH145文献标志码：A

DOI：10.13433/ki.1003-8728文章编号：1003-8728（2025）03-0430-08

StudyonModelingandStructureOptimizationofPneu-netsActuator

WEI

Qiong，LIU

Weiheng，KE

Ding，GUO

Chuan

(School

of

Mechanical

Engineering,

Hubei

University

of

Technology,

Wuhan

430068,

China)

Abstract：Insufficient

model

accuracy

and

drive

capability

are

common

problems

of

current

pneu-nets

actuators.

The

key

of

modeling

is

the

strain

energy

calculation

and

gravity

influence,

and

the

key

of

drive

capability

is

the

structure.

In

order

to

improve

model

accuracy

and

drive

capability,

firstly,

the

strain

energy

after

deformation

is

characterized

by

regional

distribution

through

simulation

and

experimental

data.

Based

on

the

above-mentioned

results,

a

strain

energy

partition

calculation

method

is

proposed

to

improve

the

calculation

accuracy

of

the

strain

energy

in

the

model.

Then

a

combination

of

concentrated

and

distributed

masses

was

used

to

characterize

the

gravitational

influence

and

further

improve

the

model

accuracy.

The

reliability

of

the

model

is

verified

by

the

comparative