仿人機器人欠驅(qū)動靈巧手研究.pdf

1、多指靈巧手是一個高度集成化,智能化的小型機構(gòu),其設(shè)計與研究涉及機械、計算機、自動化、電子、材料等多門學(xué)科,它作為末端執(zhí)行器,在一定程度上也體現(xiàn)了承載它的機器人的工作能力。由于靈巧手的內(nèi)部空間較小,采用欠驅(qū)動結(jié)構(gòu)是未來的發(fā)展趨勢,所謂欠驅(qū)動結(jié)構(gòu)是指獨立驅(qū)動器數(shù)目少于自由度數(shù)的結(jié)構(gòu)。本文以應(yīng)用在打乒乓球機器人上的多指靈巧手為研究對象,從它的結(jié)構(gòu)、運動和功能三個方面進(jìn)行了深入研究。
　　 首先,介紹了多指手研究的發(fā)展歷史和國內(nèi)外現(xiàn)狀,

2、對一些具有代表性的多指手模型,比較了它們在結(jié)構(gòu)、自由度配置、驅(qū)動方式等方面各自具有的特點,然后以大多數(shù)手指采用的欠驅(qū)動結(jié)構(gòu)為重點,結(jié)合具體圖例,詳細(xì)介紹了幾種采用此種結(jié)構(gòu)的手指模型,并分析了它們的傳動原理和優(yōu)缺點,接著介紹了一種拇指“十”字差動結(jié)構(gòu)和一種多指欠驅(qū)動結(jié)構(gòu)。
　　 其次,參考已有靈巧手的大小和結(jié)構(gòu)以及仿生學(xué)原理,建立了單個手指以及整個仿人靈巧手的模型,并分別對它們的運動學(xué)問題進(jìn)行了分析和仿真,然后根據(jù)該模型,通過綜合

3、考慮被抓取物體、抓取的任務(wù)要求和兩種常用抓取方式的優(yōu)缺點,研究了四指靈巧手的具體抓取規(guī)劃方法,并對靈巧手抓取乒乓球系統(tǒng)進(jìn)行了靜力學(xué)分析。
　　 第三,提出了一種基于欠驅(qū)動原理的腱傳動手指機構(gòu),采用模塊化設(shè)計和腱繩欠驅(qū)動結(jié)構(gòu)傳動,結(jié)構(gòu)簡單,能夠?qū)崿F(xiàn)彎曲和張開動作,而且通過此種類型手指組成的多指手具有自適應(yīng)物體形狀抓取的能力,然后具體介紹了該機構(gòu)的實現(xiàn)方法,主要包括手指構(gòu)型設(shè)計、關(guān)節(jié)驅(qū)動及其轉(zhuǎn)角分析、扭簧設(shè)計、電機功率計算、位置/力

4、傳感器選擇和自動控制系統(tǒng)設(shè)計等內(nèi)容,并通過手指實物模型驗證了此方法。
　　 最后,設(shè)計了一個單電機驅(qū)動的仿人四指靈巧手裝置,由于在手掌內(nèi)安裝了一個單電機驅(qū)動四根腱繩移動的傳動裝置,并且它可以很好的和腱傳動手指機構(gòu)相連接,從而使整個多指手的驅(qū)動電機減少到一個,大大降低了制造成本和重量。最終的靈巧手不僅能夠?qū)崿F(xiàn)包絡(luò)抓取,還能夠?qū)崿F(xiàn)精確抓取,而且通過在手指上安裝限位開關(guān)以及在手掌上安裝壓力傳感器等信息采集結(jié)構(gòu),使它能夠進(jìn)行可靠的自主抓