大柔性靈巧手指靜態(tài)特性及運動分析研究.pdf

1、末端執(zhí)行器是機器人完成其操作功能的主要部件。最初，機器人裝配的是單自由度夾持器，用以執(zhí)行一些簡單動作，如抓持、搬運等，但由于此類夾持器配置簡單，動作遲鈍，功能單一，因此只能完成一些特定任務，通用性差?；谶@種情況，人們開始研究功能多樣，操作靈巧的末端執(zhí)行器，并從研究人手出發(fā)，著手研究多關節(jié)、多手指的類人型剛性靈巧手。但隨著機器人技術的進一步發(fā)展，傳統(tǒng)剛性執(zhí)行器逐漸表現(xiàn)出了結構復雜，不易控制，柔性度低等缺點，進而人們又提出了氣動柔性驅動器

2、這一概念。
　　氣動柔性驅動器不僅是機器人驅動器也是機器人執(zhí)行器，具有結構簡單、制作方便、效率轉化高，柔順性好等優(yōu)點，但同時也存在剛度不足、響應速度偏低等缺點，比較適用于柔順性及安全性要求較高的場合，比如農業(yè)采摘、手指康復等領域。本文研究的大柔性靈巧手指是浙江工業(yè)大學最新提出的一種新型氣動柔性驅動器，現(xiàn)就主要工作和研究成果做如下說明:
　　(1)以幾何分析為基礎，建立了手指簡單位姿幾何模型，在此基礎上，通過修正D-H坐標系分

3、別建立了手指平面正運動學模型及空間正運動學模型，并通過坐標變化建立了手指逆運動學。引入雅克比矩陣，建立了手指靜力學模型，并通過力及力矩平衡關系建立了手指靜力平衡方程。通過對指尖位姿坐標求導得到手指上任意點速度表達式，對手指速度積分后獲得手指動能方程。
　　(2)介紹了ANSYS軟件及其基本分析流程，利用ANSYS軟件仿真大柔性靈巧手指彎曲特性。將大柔性靈巧手指等效為懸臂梁，通過理論分析及仿真分析得出結論:手指在只受自重情況下彎曲撓

4、度極小，并說明在以后的手指特性分析中基本可以忽略手指自重影響。通過仿真分析及實驗研究得出手指內腔壓力與彎曲角度之間的關系，繪制結果對比曲線，得知仿真結果與實驗結果基本吻合，并強調說明了一些可能導致實驗產生誤差的因素。通過仿真分析及實驗研究得出手指指尖位姿與彎曲角度的關系，分別繪制仿真與實驗的指尖坐標位置，通過對比驗證了仿真結果以及實驗結果的正確性。通過ANSYS軟件模擬了幾種手指抓取姿態(tài)，并說明了大柔性靈巧手指抓取不同形狀物體具有高度的

5、柔順性。最后對大柔性靈巧手指結構穩(wěn)定性做了一定分析，研究表明手指失穩(wěn)臨界內腔壓力載荷為0.53Mpa。
　　(3)介紹了人手所特有的抓取形式，詳細說明了人手的幾種抓取姿態(tài)。闡述了靈巧手抓取靈巧性及滿足靈巧性要求的標準，詳細介紹了靈巧手多種抓取模式及模式屬性，并指出靈巧手在滿足力封閉及形封閉的條件下可以實現(xiàn)穩(wěn)定抓取。提出大柔性三指手爪結構方案，詳細闡述了手爪結構及工作原理。提出用BP神經網(wǎng)絡來分類大柔性三指手爪抓取模式的方法，建立了