【摘要】：多指靈巧手是一種機(jī)器人末端執(zhí)行器,它模仿人手的外形結(jié)構(gòu),擁有多手指、多關(guān)節(jié)、多自由度,具有近似于人手的功能,能對(duì)不同形狀的物體進(jìn)行多種抓取和操作任務(wù),在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中有廣闊的運(yùn)用前景。目前大部分靈巧手采用的是串聯(lián)機(jī)構(gòu),串聯(lián)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,易于控制,但存在著抓取精度低、穩(wěn)定性差等缺點(diǎn),而并聯(lián)機(jī)構(gòu)在這些方面有著天然的優(yōu)勢(shì),具有高靈活性、高精確度和高工作適應(yīng)性等特點(diǎn)。因此,本文基于人手的運(yùn)動(dòng)能力,設(shè)計(jì)出兩種滿足人手運(yùn)動(dòng)類型的多指靈巧手,并以此為目標(biāo)做了以下工作:首先,基于旋量理論和虛擬鏈法進(jìn)行構(gòu)型綜合,提出一種三自由度手指機(jī)構(gòu)和一種四自由度手指機(jī)構(gòu),為了解決并聯(lián)機(jī)構(gòu)相互干涉的問題,對(duì)手指進(jìn)行了限位機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì),參考人手的尺寸和目前靈巧手的尺寸,對(duì)兩種手指機(jī)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)與建模。然后,通過理論計(jì)算對(duì)這兩種手指機(jī)構(gòu)展開了運(yùn)動(dòng)學(xué)分析,包括并聯(lián)機(jī)構(gòu)的正解和反解、速度、加速度、工作空間等,并與串聯(lián)手指機(jī)構(gòu)的工作性能進(jìn)行了對(duì)比分析,驗(yàn)證并聯(lián)手指機(jī)構(gòu)的可靠性。接著,為兩種手指機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)出相適應(yīng)的手掌,并將兩者進(jìn)行組合,形成兩種并聯(lián)多指靈巧手的構(gòu)型,這兩種靈巧手的運(yùn)動(dòng)能力可以通過分析其等價(jià)的并聯(lián)機(jī)構(gòu)來獲得,通過對(duì)靈巧手抓取前和抓取后的運(yùn)動(dòng)能力分析,驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的合理性。最后,本文運(yùn)用遺傳算法對(duì)并聯(lián)多指靈巧手進(jìn)行了尺寸優(yōu)化設(shè)計(jì),通過Solidworks軟件對(duì)并聯(lián)多指靈巧手進(jìn)行整體以及部分受力分析,利用ADAMS軟件對(duì)并聯(lián)多指靈巧手進(jìn)行了仿真分析,研究結(jié)果驗(yàn)證了理論計(jì)算的正確性。
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TP241;TH112
【圖文】：

，制了邋Ｏｋａｄａ靈巧手的運(yùn)動(dòng)靈活性，因此它只能重復(fù)地做出比較容易的電機(jī)帶來的負(fù)載也影響了它的性能［２１］。逡逑１９８０年，美國(guó)斯坦福大學(xué)對(duì)多指靈巧手進(jìn)行了系統(tǒng)化研宄，對(duì)多須具有的基本特征進(jìn)行了明確定義［２２］。多指靈巧手的靈巧性體現(xiàn)在以方面，多指靈巧手能夠抓取不同形狀的物體，另一方面，多指靈巧手能下對(duì)物體進(jìn)行操作。斯坦福大學(xué)的研宄同時(shí)指出，為了具有靈巧性，多少要擁有３個(gè)獨(dú)立的手指，而且靈巧手的每個(gè)手指都要具有３個(gè)或以由度。在此研究基礎(chǔ)上，斯坦福大學(xué)研制了邋Ｓｔａｎｆｏｒｄ／ＪＰＬ手［２３ｈ如圖１－人手不同的是，Ｓｔａｎｆｏｒｄ／ＪＰＬ手沒有手掌，整個(gè)機(jī)器人只有３個(gè)獨(dú)立的這３個(gè)手指的結(jié)構(gòu)完全相同，每個(gè)手指擁有３自由度，盡管與人手Ｓｔａｎｆｏｒｄ／ＪＰＬ手仍然能對(duì)物體進(jìn)行靈巧操作。與Ｏｋａｄａ手相比，Ｓｔａｎｆｏｒ靈活性有很大的提高，可以適應(yīng)任意形狀的物體，除了各類柱形、球形能抓持各種多面體［２４］。Ｓｔａｎｆｏｒｄ／ＪＰＬ手是個(gè)冗余驅(qū)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，一共采用機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，通過Ｎ＋１型腱繩進(jìn)行傳動(dòng)，其控制方案更為完善，也具的控制系統(tǒng)。由于沒有傳統(tǒng)的手掌結(jié)構(gòu)，Ｓｔａｎｆｏｒｄ／ＪＰＬ手不能完成一些握受限于電機(jī)的發(fā)展，它的占用空間與負(fù)載也很大。逡逑

Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｓｔａｎｆｏｒｄ／ＪＰＬ邋ｍｕｌｔｉ－ｆｉｎｇｅｒｅｄ邋ｄｅｘｔｅｒｏｕｓ邋ｈａｎｄ逡逑，日本成功設(shè)計(jì)出了邋Ｈｉｔａｃｈｉ靈巧手［２７］，它具有４個(gè)手靈巧手的驅(qū)動(dòng)方式也非常創(chuàng)新，它通過形狀記憶合金指靈巧手的速度和負(fù)載有了很大提升。但形狀記憶合金無有的壽命與疲勞問題，當(dāng)金屬發(fā)生疲勞時(shí)，其物理屬性確性，進(jìn)一步影響多指靈巧手的運(yùn)動(dòng)性能，這一缺點(diǎn)的工業(yè)應(yīng)用［２８］。逡逑０年代，計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)的飛速

強(qiáng)大的感知能力，在智能化和集成化程度上也遙遙領(lǐng)先與同時(shí)代的其他多指靈巧逡逑手，在多指靈巧手的研究史上具有里程碑式的意義。逡逑１９９８年，意大利熱內(nèi)亞大學(xué)成功研制了邋ＤＩＳＴ靈巧手如圖１－３所示。Ｄ１ＳＴ逡逑靈巧手具有４個(gè)手指和１個(gè)手掌，拇指和其他３個(gè)手指相對(duì)布置，每個(gè)手指的結(jié)逡逑構(gòu)完全相同，每個(gè)手指有４個(gè)自由度，整手一共有１６個(gè)自由度。Ｄ１ＳＴ靈巧手最大逡逑的特點(diǎn)在于其連桿機(jī)構(gòu)的構(gòu)型，這個(gè)機(jī)構(gòu)是欠驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，通過５個(gè)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，逡逑同時(shí)采用腱繩進(jìn)行傳動(dòng)，每個(gè)關(guān)節(jié)處都有扭簧，當(dāng)近指節(jié)觸碰到物體時(shí)，隨著驅(qū)動(dòng)逡逑電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，近指節(jié)與手掌連接的扭簧會(huì)慢慢達(dá)到極限位置，然后依次帶動(dòng)中指節(jié)逡逑和遠(yuǎn)指節(jié)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，最終使得中指節(jié)和遠(yuǎn)指節(jié)與物體接觸，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的握取。逡逑由于ＤＩＳＴ靈巧手采用連桿設(shè)計(jì)，使得其總重量只有ｌＫｇ，大大降低了多指靈巧手逡逑的負(fù)載

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 朱玉樂;郭冰菁;;人工肌肉驅(qū)動(dòng)的多指靈巧手運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算與分析[J];機(jī)械設(shè)計(jì)與制造;2013年11期

2 周榮荻;王海;;多指靈巧手關(guān)節(jié)空間的軌跡規(guī)劃研究[J];數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用;2012年07期

3 王s

本文編號(hào)：2753989