仿人型靈巧手拇指靈巧性設計方法的研究.pdf

1、多指靈巧手因其多自由度、多感知功能及良好的抓取操作性能,而受到世界各國科研機構的廣泛關注。盡管如此,卻少有資料提及靈巧手拇指的設計方法。在大多數(shù)靈巧手的設計中,只是將拇指同其它手指一起做模塊化處理,并將其簡單地置于其它手指的對面。而事實上,人手之所以既能實現(xiàn)強力抓取又能實現(xiàn)精確操作,并且具有很高的靈活性和適應性,正是得益于拇指。為此,本文從仿人手和靈巧性的角度,對靈巧手拇指的設計方法進行了研究。
　　首先,運用解剖學和運動生物力學

2、的理論,對靈巧手拇指的構型進行了分析。從關節(jié)功能的角度,分析了人手拇指的關節(jié)運動形式,并進行了適當簡化。在此基礎上給出了15種可用于靈巧手的拇指構型,并從方向靈活性的角度對拇指的構型特征進行了分析,為拇指構型的選擇提供了初步的依據(jù)。
　　其次,從人手抓取模式出發(fā),基于剛體有限轉(zhuǎn)動的歐拉定理,提出了一種有效的靈巧手拇指在手掌上布局的方法。并從靈巧性的角度,給出了相關參數(shù)的優(yōu)化指標:從速度和加速度的各向同性角度出發(fā),并且兼顧到工作空間

3、大小對機器人性能的影響,提出了一個新的靈巧性指標,并基于 Monte Carlo方法給出了相應的計算方法;從并聯(lián)機器人的角度,提出了一種多指操作靈巧性的全域度量,并給出了相應的計算方法;從對大物體和小物體抓取能力的角度,給出了靈巧手抓取能力的度量,并給出了相應的計算方法。
　　最后,根據(jù)上述靈巧手拇指的構型分析和拇指在手掌上布局的靈巧性設計方法,對HIT/DLR II Hand的拇指進行了改進設計。改進后的拇指具有5個關節(jié)4個自由

4、度,所有的驅(qū)動傳動系統(tǒng)和電氣傳感系統(tǒng)都集成在靈巧手結(jié)構本體的內(nèi)部。從拇指單手指工作空間、拇指對向性的角度,對改進前后靈巧手的性能進行了對比分析,改進后拇指的單手指工作空間是改進前的1.88倍,拇指對向性指標是改進前的2.92倍。運用多指操作靈巧性的全域度量對改進后靈巧手的操作性能進行了分析,為靈巧手的操作提供了指導。并針對改進后的靈巧手進行了 Cutkosky抓取分類學實驗,實驗結(jié)果表明,改進后的靈巧手可以成功完成90％以上的 Cutk