大柔性靈巧手指特性研究.pdf

1、末端執(zhí)行器是機器人與外界環(huán)境交互作用的最后執(zhí)行部件，一直受到眾多學(xué)者的關(guān)注。模擬人手結(jié)構(gòu)和功能的機器人多指靈巧手具有良好的靈活性和適應(yīng)性，極大提高了機器人智能化水平，有很好的研究意義與應(yīng)用價值。
　　 近年來，機器人的應(yīng)用已延伸至醫(yī)療、農(nóng)業(yè)、生活服務(wù)等領(lǐng)域，其操作對象往往是一些柔軟、脆嫩的物體，因此要求機器人多指靈巧手具有很好的柔性。本課題組研究的新型氣動柔性驅(qū)動器FPA(Flexible Pneumatic Actuator)

2、結(jié)構(gòu)簡單、動作靈活、功率/重量比大，既是驅(qū)動器又是執(zhí)行器，特別適用于安全性和柔順性需求較高的場合，但抓持物體時易產(chǎn)生扭曲變形。本文對FPA進行改進，提出了一種兼顧柔性和剛度的新型氣壓驅(qū)動手指，命名為大柔性靈巧手指，主要工作和成果如下：
　　 (1)對大柔性靈巧手指的靜態(tài)模型和基本特性進行了深入研究。通過力矩平衡原理建立手指的靜態(tài)模型，分析了手指結(jié)構(gòu)參數(shù)對彎曲角度的影響；基于氣動系統(tǒng)動力學(xué)和熱力學(xué)原理，建立手指充放氣過程動態(tài)模型；

3、制作大柔性靈巧手指，搭建實驗平臺，對手指進行靜態(tài)特性測試實驗。
　　 (2)提出了大柔性靈巧手指彎曲角度預(yù)測模型。介紹BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本原理、結(jié)構(gòu)和訓(xùn)練過程，建立了網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型。通過手指靜態(tài)特性實驗獲取樣本數(shù)據(jù)，對預(yù)測模型進行訓(xùn)練和檢驗。
　　 (3)提出了大柔性靈巧手指運動學(xué)模型。分析了手指的運動形式，推導(dǎo)出指尖位姿描述方程；通過修正D-H法建立手指空載運動學(xué)模型并計算雅可比矩陣；提出了手指接觸幾何約束條件，建立多點接

4、觸運動學(xué)模型；搭建實驗平臺，驗證手指運動學(xué)模型。
　　 (4)提出了大柔性三指手爪和大柔性軟手的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。研究了靈巧手的關(guān)節(jié)數(shù)目、截面結(jié)構(gòu)以及手指數(shù)日的選取條件，介紹了大柔性三指手爪的工作原理，建立爪指指端的運動學(xué)模型并進行運動和抓持仿真；設(shè)計了大柔性軟手，推導(dǎo)出軟手指端運動學(xué)方程，建立其包絡(luò)抓持模型并進行運動仿真。
　　 本文研究的大柔性靈巧手指柔順性好，制造容易，控制簡單，具備純?nèi)嵝詺鈩邮种杆痪哂械膭傂?，在醫(yī)療