本文關(guān)鍵詞：假肢手指的擬人優(yōu)化設(shè)計與抓取力研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：從仿生學(xué)的角度設(shè)計功能、外觀和運動形態(tài)與人手逼真的擬人型多指假肢手,既能滿足日常生活的操作需求,又能提高使用者的自信,是假手研究領(lǐng)域的重要方向。本文設(shè)計了一種具有耦合運動特征和欠驅(qū)動自適應(yīng)抓取功能的假肢手指機(jī)構(gòu),并對機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計,使假肢手指具有擬人化的外形與運動特征。 本文首先綜述了假肢手指機(jī)構(gòu)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,在總結(jié)各種手指機(jī)構(gòu)優(yōu)缺點的基礎(chǔ)上,結(jié)合人手指的結(jié)構(gòu)與運動特點,基于彈性元件和耦合連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計了一種兼具人手指耦合運動特征與自適應(yīng)抓取功能的欠驅(qū)動假肢手指,并對手指機(jī)構(gòu)在自然彎曲運動和自適應(yīng)抓取過程中的運動學(xué)進(jìn)行了分析與仿真驗證。 手指運動生理特征的研究表明,人手指在自然屈伸過程中,由于肌腱的連接拉伸作用,三個指節(jié)的運動角度呈一定的耦合關(guān)系,指尖跟隨固定的運動軌跡。基于這個特點,本文采用數(shù)據(jù)手套對手指自然運動過程中三個指節(jié)的角度數(shù)據(jù)進(jìn)行了采集分析與數(shù)學(xué)關(guān)系擬合。以此作為優(yōu)化目標(biāo),選取復(fù)合形優(yōu)化算法完成了手指機(jī)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計,使欠驅(qū)動假肢手指具備擬人的運動特征以及更大的運動空間。 針對手指機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點,運用虛功原理建立了假肢手指在各種抓取情形下的靜力學(xué)模型,并采用Adams驗證了它的正確性。在此基礎(chǔ)上,分析了驅(qū)動力矩、彈性元件剛度與各指節(jié)抓取力之間的關(guān)系,研究了假肢手指在變位姿抓握時的抓握區(qū)域以及不同抓取區(qū)域內(nèi)的抓取力特征,為實現(xiàn)假肢手的穩(wěn)定抓取功能作了初步的探討。 最后,根據(jù)加工的假肢手指搭建了物理試驗平臺,并進(jìn)行了假肢手指的自然彎曲運動與抓握實驗。實驗結(jié)果表明,假肢手指能實現(xiàn)預(yù)期的自然耦合運動特征、自適應(yīng)抓取不同形狀和尺寸的物體,具有與仿真分析基本一致的抓取力特征。
【關(guān)鍵詞】：假肢手指 耦合運動 自適應(yīng)抓取 擬人優(yōu)化設(shè)計 抓取力特征
【學(xué)位授予單位】：中南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：R318.1;TP241.3
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目錄7-9
• 1 緒論9-19
• 1.1 課題背景9-10
• 1.2 假肢手指機(jī)構(gòu)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-16
• 1.2.1 假肢手指機(jī)構(gòu)國外研究現(xiàn)狀10-14
• 1.2.2 假肢手指機(jī)構(gòu)國內(nèi)研究現(xiàn)狀14-16
• 1.3 假肢手指機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計綜述16-17
• 1.4 假肢手指機(jī)構(gòu)抓取力研究現(xiàn)狀17
• 1.5 本文研究的目的及意義17-18
• 1.6 本文的主要研究內(nèi)容18-19
• 2 耦合自適應(yīng)欠驅(qū)動手指結(jié)構(gòu)設(shè)計19-31
• 2.1 引言19
• 2.2 耦合自適應(yīng)欠驅(qū)動手指結(jié)構(gòu)設(shè)計19-24
• 2.2.1 手指機(jī)構(gòu)整體方案設(shè)計19-21
• 2.2.2 彈性耦合連桿設(shè)計21-22
• 2.2.3 近關(guān)節(jié)連桿設(shè)計22
• 2.2.4 假肢手指三維實體裝配22-24
• 2.3 耦合自適應(yīng)手指機(jī)構(gòu)運動分析24-27
• 2.3.1 耦合運動階段運動學(xué)分析24-26
• 2.3.2 自適應(yīng)抓取階段運動學(xué)分析26-27
• 2.4 假肢手指抓取功能及運動學(xué)仿真驗證27-30
• 2.4.1 耦合運動與自適應(yīng)抓取功能驗證27-29
• 2.4.2 手指機(jī)構(gòu)運動學(xué)仿真與分析29-30
• 2.5 本章小結(jié)30-31
• 3 人手指運動特征分析及手指機(jī)構(gòu)擬人優(yōu)化31-43
• 3.1 引言31
• 3.2 人手運動特征分析31-34
• 3.2.1 手指運動生理特征介紹31-32
• 3.2.2 基于數(shù)據(jù)手套的手指運動關(guān)系擬合32-34
• 3.3 假肢手指擬人優(yōu)化設(shè)計34-42
• 3.3.1 優(yōu)化問題描述34-37
• 3.3.2 復(fù)合形法37-39
• 3.3.3 優(yōu)化計算與結(jié)果分析39-42
• 3.4 本章小結(jié)42-43
• 4 手指機(jī)構(gòu)靜力學(xué)分析與抓取力研究43-59
• 4.1 引言43
• 4.2 手指機(jī)構(gòu)靜力學(xué)建模與仿真驗證43-52
• 4.2.1 三指節(jié)抓握靜力學(xué)模型43-48
• 4.2.2 兩指節(jié)抓握靜力學(xué)模型48-50
• 4.2.3 遠(yuǎn)指節(jié)捏取靜力學(xué)模型50
• 4.2.4 Adams仿真驗證與分析50-52
• 4.3 手指機(jī)構(gòu)抓取力研究52-58
• 4.3.1 驅(qū)動力矩與彈簧剛度對抓取力的影響53-55
• 4.3.2 變抓握位姿下的抓取力特性55-58
• 4.4 本章小結(jié)58-59
• 5 假肢手指的運動與抓握實驗59-68
• 5.1 引言59
• 5.2 假肢手指實驗平臺構(gòu)成59-60
• 5.3 耦合運動與自適應(yīng)抓取實驗60-62
• 5.3.1 實驗?zāi)康?/span>60
• 5.3.2 實驗方法60
• 5.3.3 實驗結(jié)果與分析60-62
• 5.4 假肢手指抓取力實驗62-67
• 5.4.1 實驗?zāi)康?/span>62
• 5.4.2 實驗方法62-65
• 5.4.3 實驗結(jié)果與分析65-67
• 5.5 本章小結(jié)67-68
• 6 總結(jié)與展望68-69
• 參考文獻(xiàn)69-74
• 攻讀碩士期間的主要研究成果74-75
• 致謝75

【參考文獻(xiàn)】

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中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 黃海;新型仿人假手及其動態(tài)控制的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2008年

  本文關(guān)鍵詞：假肢手指的擬人優(yōu)化設(shè)計與抓取力研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：307861