發(fā)布時(shí)間：2017-12-25 10:40

  本文關(guān)鍵詞：基于肌電控制的柔性仿人靈巧手研究　出處：《中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：仿人靈巧手一直是機(jī)器人領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)方向之一。隨著應(yīng)用需求的提升和應(yīng)用環(huán)境的拓展,近年來(lái)柔性仿人靈巧手逐漸引起廣泛關(guān)注。柔性靈巧手與剛性靈巧手的差異主要體現(xiàn)材料結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)方式、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和適應(yīng)性控制機(jī)制等方面。柔性靈巧手多選用智能材料或柔性材料作為主要組成部分,在應(yīng)用中也會(huì)在整體結(jié)構(gòu)中加入一些剛性骨骼增加支撐。這種復(fù)合結(jié)構(gòu)不僅具有變形能力,還能夠作為支撐結(jié)構(gòu)和執(zhí)行結(jié)構(gòu),與環(huán)境柔性交互,擁有更好的適應(yīng)性。肌電信號(hào)的本質(zhì)是眾多肌纖維中運(yùn)動(dòng)單元?jiǎng)幼麟娢辉跁r(shí)間和空間上的疊加,可被用于人機(jī)交互領(lǐng)域,提供一種更自然、便捷和高效的控制方式,多應(yīng)用在假肢控制、移動(dòng)設(shè)備操控、手語(yǔ)識(shí)別等方面。本文設(shè)計(jì)了研制了一個(gè)基于肌電信號(hào)控制的大變形柔性仿人靈巧手,開(kāi)展的主要研究?jī)?nèi)容和取得的成果如下:(1)柔性仿人靈巧手的仿生設(shè)計(jì)和制作工藝研究。對(duì)人手復(fù)雜結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,提出骨骼-筋腱-肌肉的仿人靈巧手結(jié)構(gòu)模式,每個(gè)手指為獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)單元,包含剛性的掌骨結(jié)構(gòu)和柔性復(fù)合指骨結(jié)構(gòu),尺寸參數(shù)依據(jù)仿生設(shè)計(jì)。柔性指骨結(jié)構(gòu)包括了驅(qū)動(dòng)層、恢復(fù)層和柔性層的復(fù)合結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)了基于形狀記憶合金絲(簡(jiǎn)稱SMA)驅(qū)動(dòng)的連續(xù)變形體設(shè)計(jì)。根據(jù)人手關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)設(shè)計(jì)鉸鏈關(guān)節(jié),實(shí)現(xiàn)指骨和掌骨的相對(duì)運(yùn)動(dòng),由往復(fù)合金絲獨(dú)立驅(qū)動(dòng),增強(qiáng)了柔性復(fù)合手指驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)能力。掌骨外骨骼設(shè)計(jì)根據(jù)滿足能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)指動(dòng)作的原則,使得抓握動(dòng)作更加自然且有力。在柔性復(fù)合手指驅(qū)動(dòng)器的制作過(guò)程中,提出模具成型和分層澆筑工藝,分層澆筑保證了手指驅(qū)動(dòng)器的多層結(jié)構(gòu)特性。系統(tǒng)集成通信單元、控制單元、電源和柔性仿人靈巧手,完成一體化設(shè)計(jì)。(2)柔性復(fù)合手指驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)分析和熱動(dòng)力學(xué)建模仿真。柔性復(fù)合手指驅(qū)動(dòng)器作為一種連續(xù)變形體,其運(yùn)動(dòng)包括兩個(gè)部分:鉸鏈關(guān)節(jié)帶動(dòng)柔性復(fù)合指骨結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng),柔性指骨變形實(shí)現(xiàn)兩級(jí)彎曲。對(duì)其空間運(yùn)動(dòng)選用末端位移和彎曲角度作為描述量,建模分析得出位移、彎曲角度和驅(qū)動(dòng)器彎曲SMA絲收縮量的變換關(guān)系,進(jìn)而得出和往復(fù)SMA絲收縮量的變換關(guān)系。根據(jù)SMA絲的理論收縮變化,在MATLAB中實(shí)現(xiàn)柔性復(fù)合于指驅(qū)動(dòng)器末端位移和彎曲角度分布點(diǎn)云圖。對(duì)SMA絲的形狀記憶效應(yīng)和超彈性進(jìn)行分析,對(duì)本文中所使用的的SMA絲進(jìn)行DMA和DSC測(cè)試。采用Comsol對(duì)柔性復(fù)合手指驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行熱動(dòng)力學(xué)分析,對(duì)復(fù)合結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模,分析SMA絲通電加熱時(shí)熱影響,發(fā)現(xiàn)復(fù)合手指結(jié)構(gòu)的熱積累嚴(yán)重,隨著加熱時(shí)間上升,復(fù)合手指結(jié)構(gòu)的變形能力下降。(3)柔性仿人靈巧手的運(yùn)動(dòng)性能和輸出力實(shí)驗(yàn)及肌電控制手勢(shì)實(shí)現(xiàn)研究。對(duì)于柔性復(fù)合手指驅(qū)動(dòng)器的兩級(jí)彎曲能力進(jìn)行實(shí)驗(yàn),分析柔性復(fù)合指骨結(jié)構(gòu)能夠達(dá)到的彎曲變形范圍,采用對(duì)比法研究鉸鏈關(guān)節(jié)和預(yù)緊力設(shè)置對(duì)驅(qū)動(dòng)器運(yùn)動(dòng)能力的影響。搭建驅(qū)動(dòng)器末端力測(cè)試平臺(tái),對(duì)各手指驅(qū)動(dòng)器的輸出進(jìn)行分段測(cè)量,分析SMA絲長(zhǎng)度、指骨掌骨長(zhǎng)度、指骨掌骨長(zhǎng)度比、鉸鏈關(guān)節(jié)對(duì)柔性復(fù)合手指驅(qū)動(dòng)器的輸出力影響。完成肌電信號(hào)控制下的柔性仿人靈巧手的手勢(shì)動(dòng)作實(shí)驗(yàn),保證了實(shí)時(shí)同步與連續(xù),對(duì)手勢(shì)動(dòng)作中各手指進(jìn)行運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)時(shí)序分解,使得靈巧手能夠?qū)崿F(xiàn)相似度高的手勢(shì),驗(yàn)證了肌電信號(hào)控制的手勢(shì)實(shí)現(xiàn)和作為靈巧手假肢控制的可行性。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TP242

【參考文獻(xiàn)】

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2 樊紹巍;劉伊威;金明河;蘭天;陳兆們;劉宏;趙大威;;HIT/DLR HandⅡ類人形五指靈巧手機(jī)構(gòu)的研究[J];哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報(bào);2009年02期

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1 張R，

本文編號(hào)：1332512