仿人機器人欠驅動靈巧手研究.pdf

1、多指靈巧手是一個高度集成化,智能化的小型機構,其設計與研究涉及機械、計算機、自動化、電子、材料等多門學科,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。由于靈巧手的內部空間較小,采用欠驅動結構是未來的發(fā)展趨勢,所謂欠驅動結構是指獨立驅動器數(shù)目少于自由度數(shù)的結構。本文以應用在打乒乓球機器人上的多指靈巧手為研究對象,從它的結構、運動和功能三個方面進行了深入研究。
　　 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,比較了它們在結構、自由度配置、驅動方式等方面各自具有的特點,然后以大多數(shù)手指采用的欠驅動結構為重點,結合具體圖例,詳細介紹了幾種采用此種結構的手指模型,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”字差動結構和一種多指欠驅動結構。
　　 其次,參考已有靈巧手的大小和結構以及仿生學原理,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問題進行了分析和仿真,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)進行了靜力學分析。
　　 第三,提出了一種基于欠驅動原理的腱傳動手指機構,采用模塊化設計和腱繩欠驅動結構傳動,結構簡單,能夠實現(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物體形狀抓取的能力,然后具體介紹了該機構的實現(xiàn)方法,主要包括手指構型設計、關節(jié)驅動及其轉角分析、扭簧設計、電機功率計算、位置/力

4、傳感器選擇和自動控制系統(tǒng)設計等內容,并通過手指實物模型驗證了此方法。
　　 最后,設計了一個單電機驅動的仿人四指靈巧手裝置,由于在手掌內安裝了一個單電機驅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相連接,從而使整個多指手的驅動電機減少到一個,大大降低了制造成本和重量。最終的靈巧手不僅能夠實現(xiàn)包絡抓取,還能夠實現(xiàn)精確抓取,而且通過在手指上安裝限位開關以及在手掌上安裝壓力傳感器等信息采集結構,使它能夠進行可靠的自主抓