本文關(guān)鍵詞：多自由度氣動人工肌肉機(jī)械手指結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及控制

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【摘要】：隨著工業(yè)機(jī)械化和自動智能化的發(fā)展,各個領(lǐng)域都取得的很大的進(jìn)步,其中機(jī)器人的設(shè)計(jì)研究成為熱門,并不斷取得突破。機(jī)器人主要可以分為工業(yè)機(jī)器人和仿生機(jī)器人,機(jī)器人已經(jīng)從最初的工業(yè)領(lǐng)域擴(kuò)展到醫(yī)療康復(fù)業(yè)、服務(wù)業(yè)、農(nóng)業(yè)等各個領(lǐng)域,即將普及于每個家庭。本文研究的是氣動機(jī)械手,相比于一般機(jī)器人,氣動機(jī)械手是由一種新型的具有柔順性好、安全性高、重量/功率比大、工作簡單、動作平滑的仿生學(xué)執(zhí)行結(jié)構(gòu)—?dú)鈩尤斯ぜ∪怛?qū)動的。氣動人工肌肉被廣泛應(yīng)用于仿生、專業(yè)醫(yī)療康復(fù)訓(xùn)練、服務(wù)等相關(guān)機(jī)器人領(lǐng)域,在此背景下,有關(guān)氣動人工肌肉的相關(guān)研究深受研究人員青睞。本文將氣動人工肌肉作為執(zhí)行機(jī)構(gòu),根據(jù)人手結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及運(yùn)動特點(diǎn),設(shè)計(jì)了一種多自由度氣動人工肌肉機(jī)械手,整個機(jī)械手包括四個結(jié)構(gòu)相同的手指、一個大拇指、一個手掌。每個手指具有三個自由度,由三個關(guān)節(jié)和多個配件組成。氣動人工肌肉通過鋼絲繩拉動滑輪,從而帶動關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動,實(shí)現(xiàn)仿人手功能,具有良好的仿生性。本文的主要工作如下:分析人手結(jié)構(gòu)及運(yùn)動,利用三維建模UG軟件設(shè)計(jì)了多自由度氣動人工肌肉機(jī)械手。整個機(jī)械手的尺寸是人手基本尺寸的1.5倍,其結(jié)構(gòu)包括:大拇指、手指、手掌。以食指為對象,對手指進(jìn)行了運(yùn)動學(xué)正解、逆解分析。根據(jù)分析結(jié)果,利用MATLAB得到了手指指尖的運(yùn)動范圍。每根手指的三個自由度分別為:手指近指節(jié)屈伸轉(zhuǎn)動范圍為0~80°,中指節(jié)為0~90°,遠(yuǎn)指節(jié)為0~60°。依據(jù)氣動回路工作原理和硬件控制原理,進(jìn)行了氣動回路的設(shè)計(jì)、氣動元件和硬件的選型,并分析了機(jī)械手指單關(guān)節(jié)的運(yùn)動控制原理及控制方法,對控制界面的軟件實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了編輯設(shè)計(jì)。搭建了氣動人工肌肉機(jī)械手整個實(shí)驗(yàn)臺,利用控制界面進(jìn)行機(jī)械手指單關(guān)節(jié)跟蹤響應(yīng)實(shí)驗(yàn)和機(jī)械手指各關(guān)節(jié)實(shí)驗(yàn),得到各關(guān)節(jié)運(yùn)動范圍,驗(yàn)證機(jī)械手結(jié)構(gòu)的合理性以及機(jī)械手的仿生性和柔順性。
【關(guān)鍵詞】：氣動人工肌肉 機(jī)械手 氣動回路 運(yùn)動控制 關(guān)節(jié)實(shí)驗(yàn)
【學(xué)位授予單位】：浙江理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TH138;TP241
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 緒論10-22
• 1.1 課題研究背景10-11
• 1.2 氣動人工肌肉的發(fā)展歷史11-13
• 1.3 氣動人工肌肉應(yīng)用的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-20
• 1.3.1 氣動人工肌肉應(yīng)用的國外研究現(xiàn)狀13-18
• 1.3.2 氣動人工肌肉應(yīng)用的國內(nèi)研究現(xiàn)狀18-20
• 1.4 氣動人工肌肉靜特性模型及控制方法研究現(xiàn)狀20-21
• 1.4.1 氣動人工肌肉靜特性模型20
• 1.4.2 氣動人工肌肉驅(qū)動關(guān)節(jié)控制方法20-21
• 1.5 論文的主要研究內(nèi)容21-22
• 第2章 氣動人工肌肉機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及運(yùn)動學(xué)分析22-34
• 2.1 人手結(jié)構(gòu)及運(yùn)動分析22-23
• 2.2 氣動人工肌肉機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及運(yùn)動仿真23-28
• 2.2.1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)23
• 2.2.2 大拇指結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)23-25
• 2.2.3 手指結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)25-26
• 2.2.4 手掌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)26-27
• 2.2.5 機(jī)械手運(yùn)動仿真27-28
• 2.3 手指的運(yùn)動學(xué)分析28-33
• 2.3.1 手指的運(yùn)動學(xué)正解分析29-31
• 2.3.2 手指的運(yùn)動學(xué)逆解分析31-32
• 2.3.3 手指指尖運(yùn)動范圍32-33
• 2.4 本章小結(jié)33-34
• 第3章 氣動人工肌肉機(jī)械手氣動回路設(shè)計(jì)34-41
• 3.1 氣動回路設(shè)計(jì)及工作原理34-35
• 3.2 氣動元件的選型35-39
• 3.2.1 氣動人工肌肉35-38
• 3.2.2 氣源及氣動三聯(lián)件38
• 3.2.3 電磁閥38-39
• 3.2.4 比例壓力閥39
• 3.3 本章小結(jié)39-41
• 第4章 氣動人工肌肉機(jī)械手指關(guān)節(jié)的控制方案41-56
• 4.1 硬件控制原理及選型41-43
• 4.1.1 硬件控制原理41
• 4.1.2 硬件的選型41-43
• 4.2 氣動人工肌肉機(jī)械手指單關(guān)節(jié)的運(yùn)動控制43-46
• 4.2.1 驅(qū)動單關(guān)節(jié)的數(shù)學(xué)模型43-45
• 4.2.2 驅(qū)動單關(guān)節(jié)的實(shí)驗(yàn)原理45-46
• 4.3 氣動人工肌肉機(jī)械手指關(guān)節(jié)控制方法46-52
• 4.3.1 PID控制46-47
• 4.3.2 模糊PID控制47-52
• 4.4 氣動人工肌肉機(jī)械手指多關(guān)節(jié)的控制界面52-55
• 4.4.1 多關(guān)節(jié)運(yùn)動控制程序DA界面設(shè)計(jì)52-53
• 4.4.2 關(guān)節(jié)運(yùn)動控制程序AD界面設(shè)計(jì)53-55
• 4.5 本章小結(jié)55-56
• 第5章 氣動人工肌肉機(jī)械手指的控制實(shí)驗(yàn)56-61
• 5.1 氣動人工肌肉機(jī)械手指實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)56-57
• 5.2 氣動人工肌肉機(jī)械手指實(shí)驗(yàn)測試57-60
• 5.2.1 氣動人工肌肉機(jī)械手指單關(guān)節(jié)跟蹤響應(yīng)實(shí)驗(yàn)57-58
• 5.2.2 氣動人工肌肉機(jī)械手指各關(guān)節(jié)控制實(shí)驗(yàn)58-60
• 5.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)論60-61
• 第6章 總結(jié)與展望61-63
• 6.1 總結(jié)61-62
• 6.2 展望62-63
• 參考文獻(xiàn)63-68
• 致謝68-69
• 攻讀碩士學(xué)位期間的研究成果69

【相似文獻(xiàn)】

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2 彭瀚e，

本文編號：514074