發(fā)布時間：2020-03-18 21:13

【摘要】：欠驅動機械手作為一種重要的末端執(zhí)行器,一直是科研人員的重點研究對象。由于欠驅動機械手驅動單元少于自由度數導致其自適應能力較差、抓取力控制難,鑒于此,本文研制了一款自適應能力好、抓取力可控的通用型欠驅動機械手。該款機械手搭載在協(xié)作機器人的末端,不僅可以實現(xiàn)對不同形狀物體的自適應抓取,還可以實現(xiàn)對不同硬度物體的無損抓取。同時該款機械手的研制對后續(xù)通用型欠驅動機械手的進一步開發(fā)具有一定的參考意義。本課題來源于企業(yè)項目“基于協(xié)作機器人物料抓取機械手研究”,本文研究的具體內容如下:(1)設計欠驅動機械手的結構,包括手指機構、位姿調整機構、傳動機構和機架;運用D-H法和虛功原理分別對欠驅動機械手抓取時的運動學和靜力學進行理論分析。(2)以抓取力均勻性為目標,運用遺傳算法確定欠驅動手指最優(yōu)化參數,并在此基礎上進一步確定驅動電機的參數;運用蒙特卡洛法對欠驅動手指的工作空間進行仿真,確定手指的運動范圍;通過仿真分析機械手抓取過程中運動和受力情況,同時驗證機械手能否實現(xiàn)穩(wěn)定抓取;通過仿真驗證機械手關鍵零部件的強度和剛度是否滿足設計要求。(3)設計以DSP為核心的控制系統(tǒng),對微處理器、電源芯片、力傳感器和步進電機驅動器進行選型;設計一些關鍵控制模塊的硬件電路,包括電源模塊、直流電機驅動模塊、傳感器模塊和通訊模塊;設計人機控制界面和控制系統(tǒng)軟件。(4)研制欠驅動機械手樣機,對力傳感器進行標定,通過實驗驗證機械手抓取力的均勻性、自適應性以及不同抓取模式下抓取力的可控性。
【圖文】：

后隨著太空探索和無人作業(yè)的要求，各國開始認識到繼研制了各種不同類型的欠驅動機械手。欠驅動機械，其靈活性和可靠性得到了很好的發(fā)展。我國對欠驅，目前和國外的差距較大。但是在國家大力發(fā)展人工動機械手的發(fā)展也步入了一個快速發(fā)展的時期。機械手國內外研究概況要是依靠繩索和彈簧機構來實現(xiàn)的。最早采用腱驅制的 Okada 手[12],該機械手能夠完成簡單的擰螺栓結構，抓取力不大。1986 年美國的麻省理工學院和了 Utah/MIT 機械手[13]。該機械手是早期最典型腱驅械手發(fā)展奠定了基礎，其結構如圖 1.1 所示。該款機作為驅動源，由繩和滑輪進行傳動，同時其還采用大的操作度。通過加裝各種力和位置傳感器能夠基本力的控制。

圖 1.2 Yale Hand 機械手Fig 1.2 Yale Hand manipulator科研人員對于腱驅動機械手發(fā)展作出了重要的后研制成功了 UB-I、UB-Ⅱ和 UB-Ⅲ機械手[17]。UB剛性連桿作為骨架，彈性鉸鏈連接的腱驅動。該系列器檢測作用在抓取物體表面的力和力矩以及作用點員又相繼研制了比如 DIST-hand、RTR Ⅱ、PISA/IIT械手[18-20]。這些機械手對于被抓握物體的形狀有一對物體的穩(wěn)定抓取�？蒲腥藛T在這些機械手上安裝械手的智能化水平達到了一個新的高度。圖 1.3 所示ERI Hand[21]，該款機械手有三個手指，大拇指兩個關可以相對于其他兩個手指進行轉動，手指中指尺寸采現(xiàn)穩(wěn)定的抓握以及捏取。
【學位授予單位】：合肥工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TH122;TP241

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