【摘要】：多指靈巧手是一種機器人末端執(zhí)行器,它模仿人手的外形結構,擁有多手指、多關節(jié)、多自由度,具有近似于人手的功能,能對不同形狀的物體進行多種抓取和操作任務,在現代化工業(yè)生產中有廣闊的運用前景。目前大部分靈巧手采用的是串聯機構,串聯機構結構簡單,易于控制,但存在著抓取精度低、穩(wěn)定性差等缺點,而并聯機構在這些方面有著天然的優(yōu)勢,具有高靈活性、高精確度和高工作適應性等特點。因此,本文基于人手的運動能力,設計出兩種滿足人手運動類型的多指靈巧手,并以此為目標做了以下工作:首先,基于旋量理論和虛擬鏈法進行構型綜合,提出一種三自由度手指機構和一種四自由度手指機構,為了解決并聯機構相互干涉的問題,對手指進行了限位機構的設計,參考人手的尺寸和目前靈巧手的尺寸,對兩種手指機構進行了設計與建模。然后,通過理論計算對這兩種手指機構展開了運動學分析,包括并聯機構的正解和反解、速度、加速度、工作空間等,并與串聯手指機構的工作性能進行了對比分析,驗證并聯手指機構的可靠性。接著,為兩種手指機構設計出相適應的手掌,并將兩者進行組合,形成兩種并聯多指靈巧手的構型,這兩種靈巧手的運動能力可以通過分析其等價的并聯機構來獲得,通過對靈巧手抓取前和抓取后的運動能力分析,驗證了設計的合理性。最后,本文運用遺傳算法對并聯多指靈巧手進行了尺寸優(yōu)化設計,通過Solidworks軟件對并聯多指靈巧手進行整體以及部分受力分析,利用ADAMS軟件對并聯多指靈巧手進行了仿真分析,研究結果驗證了理論計算的正確性。
【學位授予單位】：北京交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TP241;TH112
【圖文】：

，制了邋Ｏｋａｄａ靈巧手的運動靈活性，因此它只能重復地做出比較容易的電機帶來的負載也影響了它的性能［２１］。逡逑１９８０年，美國斯坦福大學對多指靈巧手進行了系統化研宄，對多須具有的基本特征進行了明確定義［２２］。多指靈巧手的靈巧性體現在以方面，多指靈巧手能夠抓取不同形狀的物體，另一方面，多指靈巧手能下對物體進行操作。斯坦福大學的研宄同時指出，為了具有靈巧性，多少要擁有３個獨立的手指，而且靈巧手的每個手指都要具有３個或以由度。在此研究基礎上，斯坦福大學研制了邋Ｓｔａｎｆｏｒｄ／ＪＰＬ手［２３ｈ如圖１－人手不同的是，Ｓｔａｎｆｏｒｄ／ＪＰＬ手沒有手掌，整個機器人只有３個獨立的這３個手指的結構完全相同，每個手指擁有３自由度，盡管與人手Ｓｔａｎｆｏｒｄ／ＪＰＬ手仍然能對物體進行靈巧操作。與Ｏｋａｄａ手相比，Ｓｔａｎｆｏｒ靈活性有很大的提高，可以適應任意形狀的物體，除了各類柱形、球形能抓持各種多面體［２４］。Ｓｔａｎｆｏｒｄ／ＪＰＬ手是個冗余驅動的機構，一共采用機進行驅動，通過Ｎ＋１型腱繩進行傳動，其控制方案更為完善，也具的控制系統。由于沒有傳統的手掌結構，Ｓｔａｎｆｏｒｄ／ＪＰＬ手不能完成一些握受限于電機的發(fā)展，它的占用空間與負載也很大。逡逑

Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｓｔａｎｆｏｒｄ／ＪＰＬ邋ｍｕｌｔｉ－ｆｉｎｇｅｒｅｄ邋ｄｅｘｔｅｒｏｕｓ邋ｈａｎｄ逡逑，日本成功設計出了邋Ｈｉｔａｃｈｉ靈巧手［２７］，它具有４個手靈巧手的驅動方式也非常創(chuàng)新，它通過形狀記憶合金指靈巧手的速度和負載有了很大提升。但形狀記憶合金無有的壽命與疲勞問題，當金屬發(fā)生疲勞時，其物理屬性確性，進一步影響多指靈巧手的運動性能，這一缺點的工業(yè)應用［２８］。逡逑０年代，計算機技術、微電機技術、傳感器技術的飛速

強大的感知能力，在智能化和集成化程度上也遙遙領先與同時代的其他多指靈巧逡逑手，在多指靈巧手的研究史上具有里程碑式的意義。逡逑１９９８年，意大利熱內亞大學成功研制了邋ＤＩＳＴ靈巧手如圖１－３所示。Ｄ１ＳＴ逡逑靈巧手具有４個手指和１個手掌，拇指和其他３個手指相對布置，每個手指的結逡逑構完全相同，每個手指有４個自由度，整手一共有１６個自由度。Ｄ１ＳＴ靈巧手最大逡逑的特點在于其連桿機構的構型，這個機構是欠驅動機構，通過５個電機進行驅動，逡逑同時采用腱繩進行傳動，每個關節(jié)處都有扭簧，當近指節(jié)觸碰到物體時，隨著驅動逡逑電機的運轉，近指節(jié)與手掌連接的扭簧會慢慢達到極限位置，然后依次帶動中指節(jié)逡逑和遠指節(jié)進行運動，最終使得中指節(jié)和遠指節(jié)與物體接觸，從而實現對物體的握取。逡逑由于ＤＩＳＴ靈巧手采用連桿設計，使得其總重量只有ｌＫｇ，大大降低了多指靈巧手逡逑的負載

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

1 朱玉樂;郭冰菁;;人工肌肉驅動的多指靈巧手運動學計算與分析[J];機械設計與制造;2013年11期

2 周榮荻;王海;;多指靈巧手關節(jié)空間的軌跡規(guī)劃研究[J];數字技術與應用;2012年07期

3 王s

本文編號：2753989