仿人機(jī)器人欠驅(qū)動(dòng)靈巧手研究.pdf

1、多指靈巧手是一個(gè)高度集成化,智能化的小型機(jī)構(gòu),其設(shè)計(jì)與研究涉及機(jī)械、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化、電子、材料等多門學(xué)科,它作為末端執(zhí)行器,在一定程度上也體現(xiàn)了承載它的機(jī)器人的工作能力。由于靈巧手的內(nèi)部空間較小,采用欠驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)是未來的發(fā)展趨勢(shì),所謂欠驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)是指獨(dú)立驅(qū)動(dòng)器數(shù)目少于自由度數(shù)的結(jié)構(gòu)。本文以應(yīng)用在打乒乓球機(jī)器人上的多指靈巧手為研究對(duì)象,從它的結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)和功能三個(gè)方面進(jìn)行了深入研究。
　　 首先,介紹了多指手研究的發(fā)展歷史和國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀,

2、對(duì)一些具有代表性的多指手模型,比較了它們?cè)诮Y(jié)構(gòu)、自由度配置、驅(qū)動(dòng)方式等方面各自具有的特點(diǎn),然后以大多數(shù)手指采用的欠驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)為重點(diǎn),結(jié)合具體圖例,詳細(xì)介紹了幾種采用此種結(jié)構(gòu)的手指模型,并分析了它們的傳動(dòng)原理和優(yōu)缺點(diǎn),接著介紹了一種拇指“十”字差動(dòng)結(jié)構(gòu)和一種多指欠驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)。
　　 其次,參考已有靈巧手的大小和結(jié)構(gòu)以及仿生學(xué)原理,建立了單個(gè)手指以及整個(gè)仿人靈巧手的模型,并分別對(duì)它們的運(yùn)動(dòng)學(xué)問題進(jìn)行了分析和仿真,然后根據(jù)該模型,通過綜合

3、考慮被抓取物體、抓取的任務(wù)要求和兩種常用抓取方式的優(yōu)缺點(diǎn),研究了四指靈巧手的具體抓取規(guī)劃方法,并對(duì)靈巧手抓取乒乓球系統(tǒng)進(jìn)行了靜力學(xué)分析。
　　 第三,提出了一種基于欠驅(qū)動(dòng)原理的腱傳動(dòng)手指機(jī)構(gòu),采用模塊化設(shè)計(jì)和腱繩欠驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)傳動(dòng),結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,能夠?qū)崿F(xiàn)彎曲和張開動(dòng)作,而且通過此種類型手指組成的多指手具有自適應(yīng)物體形狀抓取的能力,然后具體介紹了該機(jī)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)方法,主要包括手指構(gòu)型設(shè)計(jì)、關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)及其轉(zhuǎn)角分析、扭簧設(shè)計(jì)、電機(jī)功率計(jì)算、位置/力

4、傳感器選擇和自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)等內(nèi)容,并通過手指實(shí)物模型驗(yàn)證了此方法。
　　 最后,設(shè)計(jì)了一個(gè)單電機(jī)驅(qū)動(dòng)的仿人四指靈巧手裝置,由于在手掌內(nèi)安裝了一個(gè)單電機(jī)驅(qū)動(dòng)四根腱繩移動(dòng)的傳動(dòng)裝置,并且它可以很好的和腱傳動(dòng)手指機(jī)構(gòu)相連接,從而使整個(gè)多指手的驅(qū)動(dòng)電機(jī)減少到一個(gè),大大降低了制造成本和重量。最終的靈巧手不僅能夠?qū)崿F(xiàn)包絡(luò)抓取,還能夠?qū)崿F(xiàn)精確抓取,而且通過在手指上安裝限位開關(guān)以及在手掌上安裝壓力傳感器等信息采集結(jié)構(gòu),使它能夠進(jìn)行可靠的自主抓