仿人示指灵巧手的设计研究

论文摘要

工业机器人的臂式机构日趋完善,已经达到了较高的灵活性,但是机器人末端执行器仍处在功能单一灵活性差的低水平应用上,成为制约机器人应用普及化的瓶颈。在寻求解决途径的过程中,人类的双手最终启发了研究者。既然机器人操作臂是对人类臂膀的一种效仿,那么作为人类最完美劳动工具的双手就毫无疑问地成为机器人末端执行器的最优实现目标。本文研究并设计出一种新的具有仿人示指的机器人灵巧手,提出创新的、更加合理的手指机构及结构,分析了其运动学、动力学及相关特性,进而优化并最终制造出样机,为今后的机器人灵巧手操作奠定基础。本文在已有的多指手抓取原理基础之上,探讨了机器人灵巧手的关键设计要素,给出了自由度设置,手指指节长度以及手指布局等结论。通过对人类手的研究,从深层机理上讨论了仿人示指灵巧手的设计准则。分别对灵巧手手指的远侧指间关节与近侧指间关节运动耦合机构、近侧指间关节与掌指关节屈伸运动解耦机构以及掌指关节运动分离机构,进行了深入的机构学研究和详细的设计。在以仿人示指模块组成灵巧手整机的基础上,进行了虚拟样机的分析,对简单的抓持和操作任务进行了仿真。设计并制造了单根仿人示指模块,进行了运行试验。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题的来源、目的及意义
• 1.2 国内外研究概况
• 1.3 本文的工作
• 2 灵巧手的总体设计
• 2.1 引言
• 2.2 多指抓取行为分析
• 2.3 灵巧手机构灵巧度运动学分析
• 2.4 灵巧手总体方案设计
• 2.5 本章小结
• 3 灵巧手手指的机构分析与设计
• 3.1 引言
• 3.2 手指总体机构方案分析
• 3.3 远侧指间关节与近侧指间关节运动耦合机构设计
• 3.4 近侧指间关节与掌指关节屈伸运动解耦机构设计
• 3.5 掌指关节运动分离机构设计及分析
• 3.6 本章小结
• 4 灵巧手的虚拟样机仿真分析
• 4.1 灵巧手虚拟样机抓持仿真分析
• 4.2 灵巧手虚拟样机操作仿真分析
• 4.3 本章小结
• 5 单根仿人示指样机设计与分析
• 5.1 仿人示指样机控制系统设计
• 5.2 仿人示指样机分析及实验
• 5.3 本章小结
• 6 总结与展望
• 致谢
• 参考文献