仿人欠驅動機械假手的研究.pdf

1、研究表明,大約一半的手部殘疾患者并不愿意經(jīng)常使用他們的假手，造成這種現(xiàn)象的原因主要在于這些假手存在以下幾個突出問題:1)假手的體積、重量及外觀與人手相比，差距比較大；2）采用電機驅動，以剛性機械結構遠距離傳動為主的仿人假手，易于控制，但是柔性較差；所以本文從提高假手操作靈活性和手指柔軟度角度，提出了使用鋼絲繩耦合連桿機構，在手指的各個指節(jié)關節(jié)中加入扭簧，增加了手指抓握物體的柔軟度，采用耦合連桿提高了手指各個指節(jié)間運動協(xié)調(diào)性，設計了一種新

2、型多自由度的欠驅動仿人機械假手。
　　本文首先綜合分析了國內(nèi)外仿人假手的研究現(xiàn)狀，提出了假手目前存在的問題和發(fā)展趨勢。通過對比分析仿人假手手指所采用的兩種典型傳動機構的優(yōu)缺點，從仿生學和人機工程學的角度出發(fā)，對人自然手的骨骼結構及抓握物體的方式進行了全面的研究，確定采用一種新穎的加入扭簧的鋼絲繩耦合連桿機構的設計方案，以解決仿人假手的機械結構復雜性和靈巧性之間的矛盾，降低假手重量、使外形仿人、抓握穩(wěn)定性高的同時，手指動作更加協(xié)調(diào)，

3、操作物體具備柔性。然后對仿人機械假手的四指、拇指及其安裝布置、手掌、四指安裝布置等進行了設計。
　　其次，對假手食指、拇指及假手的簡化機構進行了運動學分析，求出了假手手指機構模型的運動學正解和逆解；同時選取適當?shù)氖种笝C構尺寸及手指指節(jié)旋轉角度范圍，獲得了手指指節(jié)末端可以達到的工作空間。
　　分析比較了假手手指各個關節(jié)在加入扭簧后，假手工作空間和抓握性能的提升，通過計算仿真得到了中指節(jié)與遠指節(jié)耦合連桿的優(yōu)化參數(shù)，同時將有無耦合

4、連桿傳動的兩種手指的3D模型導入ADAMS軟件中進行動作仿真,獲得并分析比較了兩種手指各指節(jié)的運動位移與時間之間的關系,得出耦合連桿的采用使假手手指的各個指節(jié)間運動耦合，仿人假手抓握動作協(xié)調(diào)性得到提升。
　　對假手進行了手指指節(jié)間靜力學和抓持能力驗證的分析，得到了假手拇指和食指的雅克比矩陣，并用MATLAB計算得到手指機構的雅克比矩陣的轉置矩陣JT條件數(shù)倒數(shù)的分布情況，分析結果表明假手的手指可以在較大的轉動角度范圍內(nèi)具有很好的各向