仿生機械手結構設計與功能仿真.rtf

1、 目 錄 摘 要............................................................. 1 1 緒論............................................................... 1 1.1 仿生機械的概述................................................ 2 1.2

2、 課題的研究目的和意義.......................................... 3 1.3 國內外該領域的研究現狀........................................ 3 1.4 關節(jié)運動的驅動方式............................................ 7 1.4.1 繩索滑輪驅傳動方式 .............................

3、......... 8 1.4.2 鏈條、鋼帶驅動.......................................... 8 1.4.3 閉式鏈連桿傳動機構的驅動方式............................ 8 1.5 本文主要研究內容............................................. 10 2 原理方案的設計............................

4、........................ 10 2.1 明確設計任務 ................................................ 11 2.2 功能分析 .................................................... 12 2.3 功能分析 .................................................... 1

5、2 2.4 功能分解 .................................................... 12 2.5 原理方案 .................................................... 12 2.6. 具體工作原理 ............................................... 14 2.6 本章總結 ...............

6、..................................... 15 3 機械手手指的運動分析.............................................. 15 3.1 手指機構運動學 ............................................ 15 3.1.1 手指機構的自由度計算.................................. 15

7、 3.1.2 位置正解............................................... 16 3.1.3 三自由度仿生機械手指的位置反解分析..................... 17 3.2 仿生機械手指的速度分析 ...................................... 21 3.3 仿生機械手指的運動空間分析與仿真 ............................ 22

8、 4 基于 Pro/e 的仿生機械手的建模，裝配及仿真 ......................... 24 4.1 Pro/e 簡介................................................... 24 4.2 仿生機械手各部分的建模 ..................................... 25 4.3 機械手的裝配與仿真 ........................

9、................. 25 4.3.1 機械手的裝配 .......................................... 25 4.3.2 機械手的仿真 .......................................... 31 總結與體會.......................................................... 34 致謝詞..........

10、.................................................... 35 參考文獻............................................................ 361 1.1 仿生機械的概述 仿生學是近期發(fā)展起來的一門新興學科， 生學的的發(fā)展促進了與之密切相關 的的仿生機械學的誕生和發(fā)展。機器人機構在仿生機械領域中發(fā)展最快，也是應 用最廣泛的仿生機構

11、。模仿各類動物的行走﹑爬行的動作，為移動機器人的設計 與構思提供了美好的前景。在這里主要介紹生物運動機理與仿生機構的設計構思， 為開展仿生機構的研究提供入門知識。 在仿生機械中，仿生機構作為仿生機械的重要組成部分，是模仿生物的運動形 態(tài)﹑生理結構和控制原理設計制造出的功能更集中效率更高﹑應用更加廣泛并具 有生物特征的機構，是仿生機械中完成機械運動的物質載體。 模仿生物的形態(tài)、結構和控制原理設計制造出的功能更集中、效率更高并具有 生物

12、特征的機械。研究仿生機械的學科稱為仿生機械學，它是 20 世紀 60 年代末 期由生物學、生物力學、醫(yī)學、機械工程、控制論和電子技術等學科相互滲透、 結合而形成的一門邊緣學科。在自然界中,生物通過物競天擇和長期的自身進化, 已對自然環(huán)境具有高度的適應性。它們的感知、決策、指令、反饋、運動等機能 和器官結構遠比人類所曾經制造的機械更為完善。 模仿生物形態(tài)結構創(chuàng)造機械的技術有悠久的歷史。15 世紀意大利的列奧納 多．達芬奇認為人類可以模仿鳥

13、類飛行,并繪制了撲翼機圖。到 19 世紀,各種自然 科學有了較大的發(fā)展,人們利用空氣動力學原理,制成了幾種不同類型的單翼機和 雙翼滑翔機。1903 年，美國的 W.萊特和 O.萊特發(fā)明了飛機。然而，在很長一段時 間內，人們對于生物與機器之間到底有什么共同之處還缺乏認識，因而只限于形 體上的模仿。直到 20 世紀中葉，由于原子能利用、航天、海洋開發(fā)和軍事技術的 需要，迫切要求機械裝置應具有適應性和高度的可靠性。而以往的各種機械裝置 遠遠不

14、能滿足要求，迫切需要尋找一條全新的技術發(fā)展途徑和設計理論。隨著近 代生物學的發(fā)展，人們發(fā)現，生物在能量轉換、控制調節(jié)、信息處理、辨別方位、 導航和探測等方面有著以往技術所不可比擬的長處。同時在自然科學中又出現了 “控制論”理論。它是研究機器和生物體中控制和通信的科學?？刂普撌菧贤?術系統和生物系統工作原理之間的橋梁，它奠定了機器與生物可以類比的理論基 礎。1960 年 9 月在美國召開了第一屆仿生學討論會，并提出了“生物原型是新技 術

15、的關鍵”的論題，從而確立了仿生學學科，以后又形成許多仿生學的分支學科。 1960 年由美國機械工程學會主辦，召開了生物力學學術討論會。1970 年日本人工 手研究會主辦召開了第一屆生物機構討論會，從而確立了生物力學和生物機構學 兩個學科，在這個基礎上形成了仿生機械學。 仿生機械研究的主要領域有生物力學、控制體和機器人。生物力學研究生命 的力學現象和規(guī)律，包括生體材料力學和生體流體力學，生體機械力學和生體流 體力學?？刂企w和機器人是根據從