仿人欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械假手的研究.pdf

1、研究表明,大約一半的手部殘疾患者并不愿意經(jīng)常使用他們的假手，造成這種現(xiàn)象的原因主要在于這些假手存在以下幾個(gè)突出問題:1)假手的體積、重量及外觀與人手相比，差距比較大；2）采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，以剛性機(jī)械結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)距離傳動(dòng)為主的仿人假手，易于控制，但是柔性較差；所以本文從提高假手操作靈活性和手指柔軟度角度，提出了使用鋼絲繩耦合連桿機(jī)構(gòu)，在手指的各個(gè)指節(jié)關(guān)節(jié)中加入扭簧，增加了手指抓握物體的柔軟度，采用耦合連桿提高了手指各個(gè)指節(jié)間運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)性，設(shè)計(jì)了一種新

2、型多自由度的欠驅(qū)動(dòng)仿人機(jī)械假手。
　　本文首先綜合分析了國內(nèi)外仿人假手的研究現(xiàn)狀，提出了假手目前存在的問題和發(fā)展趨勢。通過對(duì)比分析仿人假手手指所采用的兩種典型傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)，從仿生學(xué)和人機(jī)工程學(xué)的角度出發(fā)，對(duì)人自然手的骨骼結(jié)構(gòu)及抓握物體的方式進(jìn)行了全面的研究，確定采用一種新穎的加入扭簧的鋼絲繩耦合連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案，以解決仿人假手的機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜性和靈巧性之間的矛盾，降低假手重量、使外形仿人、抓握穩(wěn)定性高的同時(shí)，手指動(dòng)作更加協(xié)調(diào)，

3、操作物體具備柔性。然后對(duì)仿人機(jī)械假手的四指、拇指及其安裝布置、手掌、四指安裝布置等進(jìn)行了設(shè)計(jì)。
　　其次，對(duì)假手食指、拇指及假手的簡化機(jī)構(gòu)進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，求出了假手手指機(jī)構(gòu)模型的運(yùn)動(dòng)學(xué)正解和逆解；同時(shí)選取適當(dāng)?shù)氖种笝C(jī)構(gòu)尺寸及手指指節(jié)旋轉(zhuǎn)角度范圍，獲得了手指指節(jié)末端可以達(dá)到的工作空間。
　　分析比較了假手手指各個(gè)關(guān)節(jié)在加入扭簧后，假手工作空間和抓握性能的提升，通過計(jì)算仿真得到了中指節(jié)與遠(yuǎn)指節(jié)耦合連桿的優(yōu)化參數(shù)，同時(shí)將有無耦合

4、連桿傳動(dòng)的兩種手指的3D模型導(dǎo)入ADAMS軟件中進(jìn)行動(dòng)作仿真,獲得并分析比較了兩種手指各指節(jié)的運(yùn)動(dòng)位移與時(shí)間之間的關(guān)系,得出耦合連桿的采用使假手手指的各個(gè)指節(jié)間運(yùn)動(dòng)耦合，仿人假手抓握動(dòng)作協(xié)調(diào)性得到提升。
　　對(duì)假手進(jìn)行了手指指節(jié)間靜力學(xué)和抓持能力驗(yàn)證的分析，得到了假手拇指和食指的雅克比矩陣，并用MATLAB計(jì)算得到手指機(jī)構(gòu)的雅克比矩陣的轉(zhuǎn)置矩陣JT條件數(shù)倒數(shù)的分布情況，分析結(jié)果表明假手的手指可以在較大的轉(zhuǎn)動(dòng)角度范圍內(nèi)具有很好的各向