多自由度氣動(dòng)人工肌肉機(jī)械手指結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及控制.pdf

1、隨著工業(yè)機(jī)械化和自動(dòng)智能化的發(fā)展，各個(gè)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(mén)，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(gè)領(lǐng)域，即將普及于每個(gè)家庭。本文研究的是氣動(dòng)機(jī)械手，相比于一般機(jī)器人，氣動(dòng)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(jiǎn)單、動(dòng)作平滑的仿生學(xué)執(zhí)行結(jié)構(gòu)—?dú)鈩?dòng)人工肌肉驅(qū)動(dòng)的。氣動(dòng)人工肌肉被廣泛應(yīng)用于仿生、專(zhuān)業(yè)醫(yī)療康

2、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(dòng)人工肌肉的相關(guān)研究深受研究人員青睞。
　　本文將氣動(dòng)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(dòng)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種多自由度氣動(dòng)人工肌肉機(jī)械手，整個(gè)機(jī)械手包括四個(gè)結(jié)構(gòu)相同的手指、一個(gè)大拇指、一個(gè)手掌。每個(gè)手指具有三個(gè)自由度，由三個(gè)關(guān)節(jié)和多個(gè)配件組成。氣動(dòng)人工肌肉通過(guò)鋼絲繩拉動(dòng)滑輪，從而帶動(dòng)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)，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)

3、構(gòu)及運(yùn)動(dòng)，利用三維建模UG軟件設(shè)計(jì)了多自由度氣動(dòng)人工肌肉機(jī)械手。整個(gè)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(duì)象，對(duì)手指進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)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(dòng)范圍。每根手指的三個(gè)自由度分別為：手指近指節(jié)屈伸轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)回路工作原理和硬件控制原理，進(jìn)行了氣動(dòng)回路的設(shè)計(jì)、氣動(dòng)元件和硬件的選型，并