仿人型假手機(jī)構(gòu)與單手指控制方法的研究.pdf

1、為了改善手部殘疾人群的生活質(zhì)量，仿人型假手的研制具有十分重要的意義。本文結(jié)合國家“863”計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目“高性能仿人型假手”（項(xiàng)目編號：2009AA043803），對仿人型殘疾人假手結(jié)構(gòu)本體進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，基于拆分基本桿組法對假手單手指進(jìn)行了運(yùn)動學(xué)和靜力學(xué)分析，研究了假手單手指力跟蹤阻抗控制方法，并針對該方法做了仿真與實(shí)驗(yàn)研究。
　　首先分析了假手的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，并在此基礎(chǔ)上總結(jié)了假手研制的基本特點(diǎn)和發(fā)展趨勢。分析了力跟蹤阻抗控制

2、的研究現(xiàn)狀，并比較了幾種力跟蹤阻抗控制方法的優(yōu)缺點(diǎn)。
　　仿人型殘疾人假手結(jié)構(gòu)本體中，假手手指基于耦合連桿原理，每個(gè)手指分別由一個(gè)電機(jī)驅(qū)動三個(gè)指節(jié)耦合運(yùn)動。全手重420g，大小為正常成年人手的95％，整個(gè)假手外觀美觀，小巧輕便。通過對假手結(jié)構(gòu)本體進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，提高了假手機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度以及零件定位和連接的可靠性。通過提高假手電氣系統(tǒng)的模塊化程度，降低了假手的成本。
　　基于Assur桿組原理，采用拆分基本桿組法建立了假手單手

3、指平面連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)和靜力學(xué)的數(shù)學(xué)模型。利用Matlab編程計(jì)算完成了假手單手指運(yùn)動學(xué)和靜力學(xué)分析，并采用ADAMS仿真驗(yàn)證了該方法的正確性。分析結(jié)果一方面驗(yàn)證了假手手指各關(guān)節(jié)的耦合運(yùn)動規(guī)律符合設(shè)計(jì)要求，另一方面也為單手指控制方法的研究提供了依據(jù)。
　　為了克服傳統(tǒng)的力/位混合控制在控制模式切換中不穩(wěn)定的問題和普通阻抗控制方法不能跟蹤指定接觸力的問題，進(jìn)行了假手單手指力跟蹤阻抗控制方法的研究。控制方法包括帶有自適應(yīng)方法的阻抗控制器

4、和基于時(shí)間延遲估計(jì)（TDE）的魯棒位置控制方法，可以分別克服環(huán)境位置的不確定性和消除手指動力學(xué)方程的不確定性。為克服手指動力學(xué)的不確定性，計(jì)算了在手指運(yùn)動過程中，手指平面連桿機(jī)構(gòu)各構(gòu)件相對于基關(guān)節(jié)軸的等效轉(zhuǎn)動慣量，從而確定了手指在運(yùn)動過程中動力學(xué)方程中慣量項(xiàng)的下限。
　　最后，通過在Matlab的Simulink環(huán)境下建立假手單手指力跟蹤阻抗控制系統(tǒng)仿真模型，針對控制系統(tǒng)參數(shù)對力跟蹤性能的影響進(jìn)行了仿真研究。通過假手手指實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)了