氣動仿人機械手的運動學與控制策略研究.pdf

1、近年來，隨著機器人學科的發(fā)展，作為機器人末端執(zhí)行器的仿人機械手引起了很多科研機構和產業(yè)界的重視，由于工作任務的復雜性和工作環(huán)境的未知性，使得仿人機械手在設計層面擁有較高的要求，因此要設計出形狀小巧、靈活作業(yè)的仿人機械手并不容易。目前現(xiàn)有仿人機械手要么因大量的零部件導致結構復雜，要么為了節(jié)省空間使得傳動方式不夠完善。因為方案上的妥協(xié)和讓步，目前這些仿人機械手在外觀和功能上都不盡如人意。
　　本課題旨在設計一個氣動仿人機械手平臺，手指

2、的設計和控制是整個平臺的關鍵部分，通過仿真分析與實物驗證對其進行運動學與控制策略的研究。
　　首先，根據仿生學原理，通過對人手的結構與功能進行深入研究與分析，提出了氣動仿人機械手的技術方案，其中手指、手掌結構設計以及手指關節(jié)的傳動設計基于等角度圓規(guī)動作原理，每個手指都具有全驅動特性，運用 Solidworks設計軟件完成了結構圖的繪制；驅動設計采用單作用彈簧壓回氣缸驅動，通過氣壓和氣缸彈簧的相互作用控制氣缸行程，從而控制手指彎曲程

3、度；控制設計方面搭建了基于PLC控制的由電氣比例閥構成的氣動回路電氣控制系統(tǒng)。
　　其次，通過手指的正逆運動學理論分析，并運用MATLAB進行手指各指節(jié)的運行軌跡仿真；通過研究人手各種手勢形態(tài)，運用 ADAMS對機械手手指進行運動學仿真得出各關節(jié)的位置、速度、加速度等參數；使用Simulation對手指的材料的剛度特性進行有限元應力仿真和尺寸優(yōu)化。
　　最后，通過PLC編寫相關程序就能夠實現(xiàn)機械手常用的手勢，在主從控制模式下