仿生機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與功能仿真.rtf

1、 目 錄 摘 要............................................................. 1 1 緒論............................................................... 1 1.1 仿生機(jī)械的概述................................................ 2 1.2

2、 課題的研究目的和意義.......................................... 3 1.3 國(guó)內(nèi)外該領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀........................................ 3 1.4 關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)方式............................................ 7 1.4.1 繩索滑輪驅(qū)傳動(dòng)方式 .............................

3、......... 8 1.4.2 鏈條、鋼帶驅(qū)動(dòng).......................................... 8 1.4.3 閉式鏈連桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)方式............................ 8 1.5 本文主要研究?jī)?nèi)容............................................. 10 2 原理方案的設(shè)計(jì)............................

4、........................ 10 2.1 明確設(shè)計(jì)任務(wù) ................................................ 11 2.2 功能分析 .................................................... 12 2.3 功能分析 .................................................... 1

5、2 2.4 功能分解 .................................................... 12 2.5 原理方案 .................................................... 12 2.6. 具體工作原理 ............................................... 14 2.6 本章總結(jié) ...............

6、..................................... 15 3 機(jī)械手手指的運(yùn)動(dòng)分析.............................................. 15 3.1 手指機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué) ............................................ 15 3.1.1 手指機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算.................................. 15

7、 3.1.2 位置正解............................................... 16 3.1.3 三自由度仿生機(jī)械手指的位置反解分析..................... 17 3.2 仿生機(jī)械手指的速度分析 ...................................... 21 3.3 仿生機(jī)械手指的運(yùn)動(dòng)空間分析與仿真 ............................ 22

8、 4 基于 Pro/e 的仿生機(jī)械手的建模，裝配及仿真 ......................... 24 4.1 Pro/e 簡(jiǎn)介................................................... 24 4.2 仿生機(jī)械手各部分的建模 ..................................... 25 4.3 機(jī)械手的裝配與仿真 ........................

9、................. 25 4.3.1 機(jī)械手的裝配 .......................................... 25 4.3.2 機(jī)械手的仿真 .......................................... 31 總結(jié)與體會(huì).......................................................... 34 致謝詞..........

10、.................................................... 35 參考文獻(xiàn)............................................................ 361 1.1 仿生機(jī)械的概述 仿生學(xué)是近期發(fā)展起來(lái)的一門新興學(xué)科， 生學(xué)的的發(fā)展促進(jìn)了與之密切相關(guān) 的的仿生機(jī)械學(xué)的誕生和發(fā)展。機(jī)器人機(jī)構(gòu)在仿生機(jī)械領(lǐng)域中發(fā)展最快，也是應(yīng) 用最廣泛的仿生機(jī)構(gòu)

11、。模仿各類動(dòng)物的行走﹑爬行的動(dòng)作，為移動(dòng)機(jī)器人的設(shè)計(jì) 與構(gòu)思提供了美好的前景。在這里主要介紹生物運(yùn)動(dòng)機(jī)理與仿生機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)構(gòu)思， 為開展仿生機(jī)構(gòu)的研究提供入門知識(shí)。 在仿生機(jī)械中，仿生機(jī)構(gòu)作為仿生機(jī)械的重要組成部分，是模仿生物的運(yùn)動(dòng)形 態(tài)﹑生理結(jié)構(gòu)和控制原理設(shè)計(jì)制造出的功能更集中效率更高﹑應(yīng)用更加廣泛并具 有生物特征的機(jī)構(gòu)，是仿生機(jī)械中完成機(jī)械運(yùn)動(dòng)的物質(zhì)載體。 模仿生物的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和控制原理設(shè)計(jì)制造出的功能更集中、效率更高并具有 生物

12、特征的機(jī)械。研究仿生機(jī)械的學(xué)科稱為仿生機(jī)械學(xué)，它是 20 世紀(jì) 60 年代末 期由生物學(xué)、生物力學(xué)、醫(yī)學(xué)、機(jī)械工程、控制論和電子技術(shù)等學(xué)科相互滲透、 結(jié)合而形成的一門邊緣學(xué)科。在自然界中,生物通過(guò)物競(jìng)天擇和長(zhǎng)期的自身進(jìn)化, 已對(duì)自然環(huán)境具有高度的適應(yīng)性。它們的感知、決策、指令、反饋、運(yùn)動(dòng)等機(jī)能 和器官結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)比人類所曾經(jīng)制造的機(jī)械更為完善。 模仿生物形態(tài)結(jié)構(gòu)創(chuàng)造機(jī)械的技術(shù)有悠久的歷史。15 世紀(jì)意大利的列奧納 多．達(dá)芬奇認(rèn)為人類可以模仿鳥

13、類飛行,并繪制了撲翼機(jī)圖。到 19 世紀(jì),各種自然 科學(xué)有了較大的發(fā)展,人們利用空氣動(dòng)力學(xué)原理,制成了幾種不同類型的單翼機(jī)和 雙翼滑翔機(jī)。1903 年，美國(guó)的 W.萊特和 O.萊特發(fā)明了飛機(jī)。然而，在很長(zhǎng)一段時(shí) 間內(nèi)，人們對(duì)于生物與機(jī)器之間到底有什么共同之處還缺乏認(rèn)識(shí)，因而只限于形 體上的模仿。直到 20 世紀(jì)中葉，由于原子能利用、航天、海洋開發(fā)和軍事技術(shù)的 需要，迫切要求機(jī)械裝置應(yīng)具有適應(yīng)性和高度的可靠性。而以往的各種機(jī)械裝置 遠(yuǎn)遠(yuǎn)不

14、能滿足要求，迫切需要尋找一條全新的技術(shù)發(fā)展途徑和設(shè)計(jì)理論。隨著近 代生物學(xué)的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)，生物在能量轉(zhuǎn)換、控制調(diào)節(jié)、信息處理、辨別方位、 導(dǎo)航和探測(cè)等方面有著以往技術(shù)所不可比擬的長(zhǎng)處。同時(shí)在自然科學(xué)中又出現(xiàn)了 “控制論”理論。它是研究機(jī)器和生物體中控制和通信的科學(xué)?？刂普撌菧贤?術(shù)系統(tǒng)和生物系統(tǒng)工作原理之間的橋梁，它奠定了機(jī)器與生物可以類比的理論基 礎(chǔ)。1960 年 9 月在美國(guó)召開了第一屆仿生學(xué)討論會(huì)，并提出了“生物原型是新技 術(shù)

15、的關(guān)鍵”的論題，從而確立了仿生學(xué)學(xué)科，以后又形成許多仿生學(xué)的分支學(xué)科。 1960 年由美國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)主辦，召開了生物力學(xué)學(xué)術(shù)討論會(huì)。1970 年日本人工 手研究會(huì)主辦召開了第一屆生物機(jī)構(gòu)討論會(huì)，從而確立了生物力學(xué)和生物機(jī)構(gòu)學(xué) 兩個(gè)學(xué)科，在這個(gè)基礎(chǔ)上形成了仿生機(jī)械學(xué)。 仿生機(jī)械研究的主要領(lǐng)域有生物力學(xué)、控制體和機(jī)器人。生物力學(xué)研究生命 的力學(xué)現(xiàn)象和規(guī)律，包括生體材料力學(xué)和生體流體力學(xué)，生體機(jī)械力學(xué)和生體流 體力學(xué)?？刂企w和機(jī)器人是根據(jù)從