仿人柔性機(jī)械手說明書

畢業(yè)設(shè)計(jì)〔論文〕畢業(yè)設(shè)計(jì)〔論文〕\*ROMAN\*ROMANIV摘要題主要爭(zhēng)論內(nèi)容如下：其次章靈活機(jī)械手總體方案設(shè)計(jì)。先后介紹了靈活機(jī)械手總體方案的初步設(shè)計(jì)，靈活〔零部件〕的分析和設(shè)計(jì)。為了提高機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度和掌握精度，要求機(jī)械手的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)具有構(gòu)造緊湊、體積小、重量輕、無間隙和響應(yīng)快的特點(diǎn)。第五章總結(jié)和提高。本章是對(duì)全文的總結(jié)，在總結(jié)的根底上進(jìn)一步的指出了本課題爭(zhēng)論存在的問題，及靈活機(jī)械手爭(zhēng)論進(jìn)展方向等。關(guān)鍵詞：仿人柔性機(jī)械手工作原理 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)自由度DesignofHumanoidFlexibleManipulatorAbstractTheflexiblemanipulatoristhehotissuethattherobotrealmdiscussesinrecentyearsandManyresearchinstitutionshaveconductedresearchontherobot.Thisessaydiscussedthesportsystemofflexiblemanipulator,includemechanism,transmissionanddrive,thistopicmainlystudiedthecontentsasfollows:Chapter1Outline.Introducethesubjectofthesourceofthetopicathomeandabroadaswellastheworkwhichwillbeaccomplished.Chapter2Overallprogramdesign.Introducethepreliminarydesignofthedexterousmanipulatoroftheoverallprogram,designsteps,thecalculationofthemainparameters,thekeystructuraldesign,mechanicaltransmission,andelectric-drivendesign.Chapter3Theplanofthetwodesignimprovement.DiscussesthestructreandtransmissiondesignChapter4Analysisanddesignofkeystructures(parts).Inordertoimprovetherobot”smovementspeedandcontrolaccuracy,therobotdrivemechanismhasacompactstructure,smallsize,lightweight,seamlessandfastresponse.Chapter5Summarizeandimprove.Thischapterisasummaryofthefulltext,andfurtherpointedouttheproblemsinthisresearch,andDexterousManipulatordirectionofdevelopmentonthebasisofsummingup.Keywords:Flexiblemanipulator;Workingprinciple;Mechanicaldesign;Freedomdegree名目\l“_TOC_250010“引言 1\l“_TOC_250009“課題來源 1\l“_TOC_250008“國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 2關(guān)鍵技術(shù) 4小而強(qiáng)的驅(qū)動(dòng) 5豐富的感覺 5聰明的大腦 6\l“_TOC_250007“靈活機(jī)械手方案設(shè)計(jì) 7\l“_TOC_250006“靈活手設(shè)計(jì)的根本原則 7手型的選擇 7自由度的選擇 7驅(qū)動(dòng)器的選擇 7\l“_TOC_250005“總體方案的比較 8\l“_TOC_250004“方案二的改進(jìn)設(shè)計(jì)綜述 10\l“_TOC_250003“手指機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)方案設(shè)計(jì) 10FRJ-11靈活手的整體構(gòu)造設(shè)計(jì) 11關(guān)節(jié)的構(gòu)造設(shè)計(jì) 11手指關(guān)節(jié)間連接機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 13手掌的構(gòu)造設(shè)計(jì)與制作 13關(guān)鍵構(gòu)造〔零部件〕設(shè)計(jì)與分析 15手指機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 15拇指機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 184關(guān)節(jié)手指機(jī)構(gòu)〔食指，中指〕運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 19傳動(dòng)與構(gòu)造設(shè)計(jì) 21驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì) 24結(jié)論與展望 255.1結(jié)論 255.2將來展望 25\l“_TOC_250002“結(jié)語 27\l“_TOC_250001“參考文獻(xiàn) 28\l“_TOC_250000“致謝 29畢業(yè)設(shè)計(jì)〔論文〕畢業(yè)設(shè)計(jì)〔論文〕10引言手指都相當(dāng)于一個(gè)獨(dú)立的、具有多自由度的微型機(jī)器人,這樣通過協(xié)調(diào)各個(gè)手指間的相互增加,另外,由于操作上的要求,仿人形靈活手本身的體積有比較嚴(yán)格的要求,所以設(shè)計(jì)一種高性能且緊湊的掌握系統(tǒng)對(duì)多指靈活手的起著至關(guān)重要的作用。本論文依據(jù)人手抓取物體的仿生學(xué)原理所設(shè)計(jì)機(jī)器人手爪為3指手爪，其中一個(gè)為拇3個(gè)手指共有11個(gè)自由度。其中拇指有3個(gè)自由度，其余兩根手指分別相當(dāng)于食指和中指，它們構(gòu)造一樣，都具有4個(gè)自由度。每個(gè)關(guān)節(jié)分別承受一個(gè)電機(jī)進(jìn)展驅(qū)動(dòng)。本文在完成了對(duì)機(jī)械手構(gòu)造設(shè)計(jì)的同時(shí)，還對(duì)各手指進(jìn)展了運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，以便于對(duì)機(jī)械手實(shí)現(xiàn)掌握。趕上甚至超過世界先進(jìn)水平。課題來源自40多年前，第一臺(tái)計(jì)算機(jī)掌握的機(jī)械臂消滅之日起，人類將機(jī)械的概念延長(zhǎng)到了一個(gè)的領(lǐng)域——機(jī)器人。在制造領(lǐng)域，可以看到眾多機(jī)械臂在替代人們執(zhí)行各種操作任務(wù)，如噴漆，焊接，搬運(yùn)，裝配等。然而還有很多操作任務(wù)單靠機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)無法完成，例如太空，水下，核輻射等環(huán)境下的試驗(yàn)，維護(hù)。排險(xiǎn)等簡(jiǎn)單任務(wù)。于是像人手一樣的機(jī)械手成為期盼的目標(biāo)。然而人類能否造出如此靈活的機(jī)械手呢？在機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域爭(zhēng)論人員始終在探究解答這一問題的技術(shù)途徑。經(jīng)過十幾年的爭(zhēng)論，世界一些大學(xué)和爭(zhēng)論機(jī)構(gòu)開發(fā)出多種機(jī)械靈活手樣機(jī)。它們?nèi)找骘@示出在危急和有害環(huán)境下代替人類執(zhí)行簡(jiǎn)單操作任務(wù)的可能性。像人一樣，機(jī)器人需要用它的手與環(huán)境發(fā)生作用。機(jī)器人進(jìn)展初期，面對(duì)的需求首先是制造領(lǐng)域，早期的工業(yè)機(jī)器人主要執(zhí)行上下料的簡(jiǎn)潔任務(wù)，功能單一的兩指夾持器就能滿足任務(wù)需要。隨著技術(shù)的進(jìn)步，工業(yè)機(jī)器人開頭向更多的應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)展，上百種玻璃到布料，從大型金屬熱軋件到微小的電子器件。盡管如此，末端執(zhí)行器仍舊是制約機(jī)機(jī)。化的實(shí)現(xiàn)，信息化的到來，我們開頭進(jìn)入學(xué)問經(jīng)濟(jì)的時(shí)代。創(chuàng)是這個(gè)時(shí)力。文化的創(chuàng)、觀念的創(chuàng)、科技的創(chuàng)、體制的創(chuàng)轉(zhuǎn)變著我們的今日，并們的明天。舊文化、舊思想的撞擊、競(jìng)爭(zhēng)，不同學(xué)科、不同技術(shù)的穿插、滲迸發(fā)出的精神火花，產(chǎn)生的覺察、制造和物質(zhì)力氣。機(jī)械手技術(shù)就是在這樣環(huán)境中誕生和進(jìn)展的?？萍紕?chuàng)帶給社會(huì)與人類的利益遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過它的危急。人假設(shè)，其生活和工作力量將極大降低。傳統(tǒng)機(jī)器人多限于制造領(lǐng)域，一個(gè)重要緣由在簡(jiǎn)單環(huán)境和對(duì)象的操作力量。爭(zhēng)論和開發(fā)類似人手的智能靈活手，對(duì)于機(jī)器人技廣泛的領(lǐng)域獲得應(yīng)用將會(huì)產(chǎn)生重要作用。機(jī)器人的進(jìn)展史已經(jīng)證明白這一點(diǎn)。機(jī)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，從工業(yè)走向農(nóng)業(yè)、效勞業(yè)；從產(chǎn)業(yè)走進(jìn)醫(yī)院、家庭；從陸地潛入水下、飛往空間； 機(jī)器人展現(xiàn)出它們的力量與魅力，同時(shí)也表示了它們與人的友好與合作。20世紀(jì)自動(dòng)化領(lǐng)域的重大成就，機(jī)器人已經(jīng)和人類社會(huì)的生產(chǎn)、生活密不行分。世間萬物，人力是第一資源，這是任何其它物質(zhì)不能替代的。盡管人類社會(huì)本身還存在著不文明、不公平的象其它很多科學(xué)技術(shù)的制造覺察一樣，機(jī)器人也應(yīng)當(dāng)成為人類的好助手、好朋友。中國(guó)的21世紀(jì)，科學(xué)技術(shù)的燈塔指引著更加奇特的明天。的了解，熬煉自己探究和創(chuàng)的力量，樹立為祖國(guó)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)展而奮斗的信念。國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀2070年月至今，消滅了多種靈活手樣機(jī)。從2070年月開頭，伴隨著計(jì)算機(jī)掌握技術(shù)的進(jìn)展，消滅了模擬人手構(gòu)造的多指手。例如Okada手承受3個(gè)手指分別仿照11個(gè)自由度，承受直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。20世紀(jì)70年開發(fā)的多指手，在運(yùn)動(dòng)方面一考慮手指機(jī)構(gòu)自由度為主，沒有明顯的手2080年月初，美國(guó)斯坦福大學(xué)的學(xué)者Salisbury以靈活性為焦點(diǎn)，探究了靈活手33個(gè)自由度。20世紀(jì)80Utah大學(xué)生物醫(yī)學(xué)設(shè)計(jì)中心和麻省理工人工智能試驗(yàn)室聯(lián)44個(gè)自由度，整手16個(gè)自由度，是當(dāng)時(shí)自由度最多的仿人機(jī)械手。2090年月，美國(guó)國(guó)家航空宇航局和德國(guó)宇航中心器人系統(tǒng)，相繼開發(fā)出功能更強(qiáng)的靈活手。NASA的噴氣推動(dòng)試驗(yàn)室首先開發(fā)了4指靈活Johnson空間中心又開發(fā)了RobonautDLR的機(jī)器人爭(zhēng)論中心也先后開發(fā)出了4指靈活手。1997〔humanoidP3，QrioGifu大學(xué)一人2023516GifuⅡ手。1987年開頭，北京航空航天大學(xué)機(jī)器人爭(zhēng)論所持續(xù)開展了機(jī)器人靈活手的理論與4BH-139自由度靈活手，承受鋼絲繩3個(gè)手指的配置，設(shè)計(jì)成擬人手；BH-3型BH-4416自由度靈活手，承受齒輪傳動(dòng)，電動(dòng)機(jī)集成于手指和手掌，帶關(guān)節(jié)位置傳感器。1-1爭(zhēng)論者〔時(shí)間〕RichWalker等〔2023年〕

表1-1靈活手樣機(jī)手名稱 指數(shù)自由度驅(qū)動(dòng)類型 傳感器種類Shadow Hand 5 24 人工肌肉肌肉壓力、關(guān)節(jié)位置、分布式觸覺力傳感器Lotti等UBH3520電動(dòng)機(jī)〔2023年〕節(jié)位置傳感器等年〕GifuHandⅡ516電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)位置、6維指尖Butterfass等DLR-HandⅡ413電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)位置、關(guān)節(jié)位〔2023年〕置、關(guān)節(jié)力矩、6維指尖力傳感器Schulz，S.等UltralightHand510人工肌肉〔2023年〕LovchikRobonautHand514電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)位置、關(guān)節(jié)位〔1999年〕A.Caffaz等〔1998年〕DISTHand416電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)位置、關(guān)節(jié)位JacobsenUtah/MITHand416氣缸電動(dòng)機(jī)位置、關(guān)節(jié)位〔1984年〕Salisbury〔1983年〕Stanford/JPLHand39電動(dòng)機(jī)1.3關(guān)鍵技術(shù),等都對(duì)機(jī)器人技術(shù)提出了更高的要求,而傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人末端夾持器有一些缺點(diǎn),如敏捷性差,感知力量低下,力的掌握精度不高等。近二十幾年來,多指靈活手的爭(zhēng)論工作得到了快速的進(jìn)展,并漸漸成為一個(gè)特地的爭(zhēng)論領(lǐng)域。主要完成了運(yùn)動(dòng)子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，即構(gòu)造和傳動(dòng)的設(shè)計(jì)。33個(gè)關(guān)鍵技術(shù)需要解決。小而強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)靈活手需要小而輕的驅(qū)動(dòng)器，常見類型為電動(dòng)機(jī)。目前所見的靈活手最多有24個(gè)自由度。自由度越多，設(shè)計(jì)難度越大。難題之一是如何安置眾多驅(qū)動(dòng)器，使得靈活手的尺寸接近人手。現(xiàn)在的微型電動(dòng)機(jī)體積過大，無法在尺寸和力矩指標(biāo)上同時(shí)滿足要求。假設(shè)將電動(dòng)10-30N。假設(shè)要獲得更大的力，電動(dòng)機(jī)只能安裝在手外，如放于小臂內(nèi)，用柔繩傳遞運(yùn)動(dòng)和力。這正是現(xiàn)在很多靈活手樣機(jī)承受的傳動(dòng)方式。假設(shè)要取代簡(jiǎn)單的柔繩傳動(dòng)系統(tǒng)，則需要尺寸小、力矩大的微型電動(dòng)機(jī)。人工肌肉是近消滅的另一種驅(qū)動(dòng)方式，不過尺寸浩大仍舊是一個(gè)未解決的問題。豐富的感覺感器用于關(guān)節(jié)角位置測(cè)量的實(shí)例。從人的閱歷可以直接觀看到觸覺與手的靈活性關(guān)系親熱。你假設(shè)有過手指凍僵的經(jīng)受，就會(huì)體驗(yàn)到?jīng)]有足夠的觸覺信息，人手會(huì)變得笨拙。觸覺傳感器分為兩類：力傳感器和接觸1維力和力矩傳感器。也有簡(jiǎn)單一點(diǎn)的3維力傳感器測(cè)指端接觸力大小和方向。再簡(jiǎn)單一些，可以用6維力/力矩傳感器測(cè)量接觸力的位置、大小和方向。力傳感器響應(yīng)快、性能比較穩(wěn)定，但只能測(cè)量合力，無法識(shí)別接觸點(diǎn)的數(shù)量和分布。后者靠接觸傳感器測(cè)量。這類傳感器通常由多個(gè)觸點(diǎn)組成陣列，用來測(cè)量接觸區(qū)域和觸點(diǎn)的壓力，從而可以獲得接觸點(diǎn)的位置、接觸區(qū)域的外形和力信息。由此，還可以進(jìn)一步獲得摩擦信息，以便推斷是否發(fā)生滑動(dòng)。盡管靈活手樣機(jī)的開發(fā)承受了多種觸覺傳感器，但到底使用哪種觸覺傳感器或幾種結(jié)合更好，還沒有明確答案。另外，接觸傳感器在區(qū)分率、信號(hào)處理、走線，以及制作和價(jià)格等方面離應(yīng)用還有距離。加的。在運(yùn)動(dòng)學(xué)構(gòu)造上越來越接近人手，但由于觸覺傳感功能滯后，限制了機(jī)械功能的發(fā)揮。聰明的大腦就像人假設(shè)“手巧”必需“心靈”一樣。即機(jī)器人有自己的大腦。變得直觀而簡(jiǎn)便。因此，主從掌握比較適合于仿人手。自主掌握系統(tǒng)的難題是如何使機(jī)器人有一個(gè)聰明的大腦。機(jī)器人要能夠知道物體在何處、物體的外形如何，并能夠自主規(guī)劃如何完成抓取和操作任務(wù)。一方面依據(jù)理論設(shè)計(jì)的規(guī)劃算法還不能滿足掌握的實(shí)時(shí)需要，另一方面這些理論的假設(shè)條件依靠于觸覺和視覺信息。受觸覺傳感器性能的限制，目前還無法獲得足夠準(zhǔn)確和完整的觸覺信息。因此，除個(gè)以用來識(shí)別人手的抓持類型，并建立人手與靈活手之間的抓持映射關(guān)系。指。承受微型電磁電機(jī)驅(qū)動(dòng),就可以像內(nèi)置型靈活手那樣,將電機(jī)全部置于手掌內(nèi),形成獨(dú)簡(jiǎn)潔,從而使靈活手可以獲得像人手一樣的自由度，并且提高了牢靠性，降低了本錢。靈活機(jī)械手方案設(shè)計(jì)自由度，驅(qū)動(dòng)種類，傳感器種類等，在本論文中主要爭(zhēng)論了前三個(gè)因素。靈活手設(shè)計(jì)的根本原則手型的選擇個(gè)方向。目前國(guó)內(nèi)外比較流行的主要是3～5指的靈活手。為了使構(gòu)造簡(jiǎn)潔，降低制作本錢3指靈活手作為設(shè)計(jì)方向，并且依據(jù)人手來配置手指的布局。自由度的選擇僅能幫助我們識(shí)別和理解問題，還可以找到問題的答案。驅(qū)動(dòng)器的選擇在機(jī)器人靈活手的設(shè)計(jì)中,驅(qū)動(dòng)器的形式主要有電磁(電機(jī))驅(qū)動(dòng)、液(氣)壓驅(qū)動(dòng)和承受記憶合金等[1～5]?，F(xiàn)在在靈活手的爭(zhēng)論中,電機(jī)驅(qū)動(dòng)是主要的驅(qū)動(dòng)方式。體積小、現(xiàn)靈活手手指的模塊化。靈活手需要小而輕的驅(qū)動(dòng)器，常見的為電動(dòng)機(jī)。目前靈活手最多有24個(gè)自由度。自由度越多，設(shè)計(jì)難度越大。那就要解決如何安放眾多驅(qū)動(dòng)器的問題。一般的微型電機(jī)由于人工肌肉是最近消滅的另一種驅(qū)動(dòng)方式，不過體積浩大仍舊是一個(gè)未解決的問題。而簡(jiǎn)化構(gòu)造，提高牢靠性，降低本錢。總體方案的比較比較。方案一如圖2.1所示，承受仿人手布局設(shè)計(jì)，共有三根手指，分別相當(dāng)于人手的拇指，食指和中指。其中拇指有3個(gè)自由度，食指與中指各有4個(gè)自由度。所以此靈活手手爪共有1111便利地實(shí)現(xiàn)對(duì)手指的驅(qū)動(dòng)掌握。圖2.1 FRJ-12靈活手方案二如圖2.2所示，柔性手共有兩個(gè)手指，每個(gè)手指有5個(gè)關(guān)節(jié)，圖中只有畫兩個(gè)關(guān)節(jié)，其余各關(guān)節(jié)與此類似。該柔性手的每個(gè)手指由多個(gè)關(guān)節(jié)串聯(lián)而成，手指?jìng)鲃?dòng)局部由鋼是電動(dòng)機(jī)是外置的。圖2.2 多關(guān)節(jié)柔性手便于操作，構(gòu)造簡(jiǎn)潔。方案二使用的是兩指多關(guān)節(jié)手指對(duì)稱布局，雖然在構(gòu)造上要比較簡(jiǎn)潔，但是操作的敏捷性較差。在自由度的選取上，方案一共有11個(gè)自由度，每個(gè)關(guān)節(jié)都分別有一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，這樣10個(gè)自由度，每個(gè)手指有5節(jié)都在鋼絲繩的牽引下同時(shí)運(yùn)動(dòng)，敏捷性較差。在驅(qū)動(dòng)與傳動(dòng)方面，方案一承受微型電機(jī),可以像內(nèi)置型靈活手那樣,將電機(jī)全部置于手掌內(nèi),形成獨(dú)立的手部構(gòu)造；同時(shí)可以借鑒外置型靈活手的方式,承受線驅(qū)動(dòng)方式使手指其優(yōu)勢(shì)在于:可以利用高功率的驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生格外大的驅(qū)動(dòng)力,如氣壓驅(qū)動(dòng);驅(qū)動(dòng)器的外置可以使手指構(gòu)造變得簡(jiǎn)潔,從而使得多關(guān)節(jié)多自由度的靈活手成為可能,然而,由于驅(qū)動(dòng)器的外置,這種靈活手很難和各種機(jī)器人手臂相聯(lián),而且手的工作空間變得有限,工作敏捷性降低。綜上所述，承受方案一的3指機(jī)械手作為這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的爭(zhēng)論方向。畢業(yè)設(shè)計(jì)〔論文〕方案二的改進(jìn)設(shè)計(jì)綜述由上一章對(duì)兩種方案的比較，可以看出方案二也有著很多不行替代的優(yōu)點(diǎn)。譬如，設(shè)計(jì)構(gòu)造簡(jiǎn)潔，雖然驅(qū)動(dòng)器外置，但是這種仿人靈活手我個(gè)人認(rèn)為是最適合用來做單一的抓5指靈活手，外形完全仿人化設(shè)計(jì)，由于專用于抓握工作，所以取消側(cè)擺關(guān)節(jié)。以下即為對(duì)被棄用的方案二改進(jìn)的具體內(nèi)容，主要論述其傳動(dòng)和構(gòu)造方面的設(shè)計(jì)，其他運(yùn)動(dòng)學(xué)及驅(qū)動(dòng)方面的設(shè)計(jì)就不再論述，總的設(shè)計(jì)還是以方案一為主，我將在第四章開頭對(duì)方案一進(jìn)展完全的設(shè)計(jì)綜述。手指機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)此手指機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)主要考慮的因素是在滿足運(yùn)動(dòng)要求的前提下傳動(dòng)要平穩(wěn)方案的設(shè)計(jì)完全滿足設(shè)計(jì)方案要求的平穩(wěn)牢靠。圖3.1是用solidworksFRJ-115手指5自由度說明機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)方案。圖3.1 FRJ-11靈活手圖3.2所示為中指三維模型，手指構(gòu)造主要有兩局部組成：硬固機(jī)構(gòu)局部、手指軟連機(jī)構(gòu)局部。硬固機(jī)構(gòu)由首指節(jié)、中指節(jié)、末指節(jié)組成，依次首尾軸向連接，串聯(lián)在一起；手指軟連機(jī)構(gòu)由兩鋼絲繩一端分別從正反兩面拴在末指節(jié)固定端，依次穿過中指節(jié)、末指內(nèi)部鋼絲繩從動(dòng)放松，末指節(jié)只受手背牽引力時(shí)，手指垂直方向運(yùn)動(dòng)伸直，此時(shí)，內(nèi)鋼絲14畢業(yè)設(shè)計(jì)〔論文〕關(guān)鍵。的整體構(gòu)造設(shè)計(jì)

圖3.2 FRJ-11靈活手器手臂關(guān)心聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)。連接軸、萬向節(jié)等組成，動(dòng)力源是電機(jī)，機(jī)器手對(duì)被持物體的外形、大小、重量的規(guī)劃由規(guī)劃、視覺、觸覺和掌握系統(tǒng)給出，本章主要爭(zhēng)論機(jī)構(gòu)局部的設(shè)計(jì)。關(guān)節(jié)的構(gòu)造設(shè)計(jì)厲害。最終我選擇了硬度和剛度都比較適宜的鋁合金。圖3.3、3.4、3.5、所示為我設(shè)計(jì)的手指各關(guān)節(jié)三維模型,分別為遠(yuǎn)指節(jié)，中指節(jié)和近指節(jié)。15畢業(yè)設(shè)計(jì)〔論文〕圖3.3遠(yuǎn)指節(jié)圖3.4中指節(jié)圖3.5近指節(jié)16畢業(yè)設(shè)計(jì)〔論文〕手指關(guān)節(jié)間連接機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)一個(gè)小滑輪還有一個(gè)好處，就是能讓鋼絲繩拉得更加便利協(xié)調(diào)。制作模型如圖3.6。手掌的構(gòu)造設(shè)計(jì)與制作

圖3.6小滑輪機(jī)構(gòu)統(tǒng)與掌握電板都要安裝在手掌中。電板的合理布局。最終我設(shè)計(jì)了如圖3.7所示的手掌模型。圖3.7手掌17畢業(yè)設(shè)計(jì)〔論文〕畢業(yè)設(shè)計(jì)〔論文〕20手在平面上的穩(wěn)定佇立。最終我承受了比較簡(jiǎn)潔的矩形模塊，使得以上問題有所改善。運(yùn)動(dòng)過程簡(jiǎn)述為：機(jī)器手抓握時(shí)55個(gè)手指靠5個(gè)舵機(jī)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)抓握。當(dāng)決策與掌握系統(tǒng)推斷出有抓緊需要時(shí)，發(fā)出指令讓機(jī)器手實(shí)現(xiàn)抓握動(dòng)作。抓握動(dòng)作時(shí)動(dòng)作參數(shù)設(shè)置有：抓握預(yù)備、抓握、保持、放開、恢復(fù)原來放松狀態(tài)。它是利用電能轉(zhuǎn)化為兩根相互牽制拉扯手指的鋼絲繩的伸縮機(jī)械能使手指在一個(gè)平面內(nèi)運(yùn)行；利用電能驅(qū)動(dòng)連桿轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，使得手指可以相互運(yùn)動(dòng)，與前者結(jié)合實(shí)現(xiàn)各手指間的三維運(yùn)動(dòng)。機(jī)器手由5個(gè)可彎曲的手指機(jī)構(gòu)和一個(gè)手掌機(jī)構(gòu)連接而成。每個(gè)手指均為一個(gè)自由度，分別由一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)；拇指與食指、食指與中指、中指與無名指、無名指與小指之間有耦合機(jī)四個(gè)手指區(qū)分在于類人手長(zhǎng)短不同，可以對(duì)非規(guī)章物體實(shí)現(xiàn)握、拿、捏、夾等動(dòng)作。電源可以外接。關(guān)鍵構(gòu)造〔零部件〕設(shè)計(jì)與分析這一章我開頭進(jìn)展方案一的靈活手的設(shè)計(jì)，雖然FRJ-12FRJ-11么仿人化，但是擁有側(cè)擺關(guān)節(jié)卻讓它在性能上更加仿人化。手指機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)FRJ－124.1所示，共有3個(gè)手指，11個(gè)自由度。如前所述，拇指有3123個(gè)獨(dú)立的關(guān)節(jié)，分別1231223的軸線平行。其余兩根手指分別相當(dāng)于食指和中指，它們構(gòu)造一樣，都具有4個(gè)自由度?？蓪?shí)現(xiàn)1341，關(guān)節(jié)23412234的軸線均平行。3根手指的各個(gè)關(guān)節(jié)均為獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的關(guān)節(jié)，分別由電動(dòng)機(jī)通過柔性繩來驅(qū)動(dòng)。中指中指食指4拇指323121圖4.1 FRJ-12靈活手手指構(gòu)造拇指機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析拇指為3關(guān)節(jié)手指機(jī)構(gòu)，每個(gè)關(guān)節(jié)有1個(gè)自由度，分別實(shí)現(xiàn)手指的側(cè)擺和兩個(gè)屈曲運(yùn)機(jī)構(gòu)進(jìn)展運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。正運(yùn)動(dòng)學(xué)D-H4.2所示，xyz0 0

為定坐標(biāo)系，其他為動(dòng)坐標(biāo)系，各指節(jié)長(zhǎng)度分別為 a,a,a1 2 3

各關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角分別,nnn,1 2

,指尖在坐標(biāo)系中的位置坐標(biāo)為x,y,z,D-H4-1。x2x2n3a3z3x3x1n2y3y2a2z1y1a1x0n1z0y0y0圖4.2 3關(guān)節(jié)手指〔拇指〕機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖及坐標(biāo)系4-13〔拇指〕機(jī)構(gòu)D-H關(guān)節(jié)號(hào)關(guān)節(jié)號(hào)桿號(hào)ai/㎜d㎜i/i1/(°)ni/(°)1122a1a2a3000-903300n1n2n3對(duì)于該手指機(jī)構(gòu)，各坐標(biāo)間的齊次變換矩陣分別為：畢業(yè)設(shè)計(jì)〔論文〕畢業(yè)設(shè)計(jì)〔論文〕21c 0 s 1

a c 1 1A0 s1

0 c1

a1s11 0 1 0 0 ，0 0 0 1 A1 2

2cs20cs20a c 2 2 2s2c0a s2 20 0 0 1 c s 3

0 a c 3 3A2 s3

c 0 a s3 3 33 0 0 1 0 ，0 0 0 1 cc

cs s acc

acc

ac1 23

1 23

31

2 1

11sc

ss

c asc

ascasA0

1

1

1 31

21 2 113 s c

0 as

as 23 23 3 23 2 2

(4-1)0 0 0 1 式中s sinn，c cosn，s sin(n n)，c cos(nn)，i,j1,2,3.i i i i ji i j ji i j43個(gè)元素即為指尖在定參考系中的坐標(biāo)x,y,z，因此有：xac3 23ac3

ac2 2ac2

ac，1 1c，s，as，1 1

(4-2)(4-3)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角nnn1 2 3

zas as，323 2 2,3式可求出指尖位置坐標(biāo)xyz。

(4-4)逆運(yùn)動(dòng)學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)〔論文〕畢業(yè)設(shè)計(jì)〔論文〕22xyznnn1 2 3

稱為逆運(yùn)動(dòng)學(xué)問題，下面給出求解逆運(yùn)動(dòng)學(xué)問題的方程。(4-2)，(4-3)有：narctany

(4-5) 1 x由式〔4-2〕,(4-4)聯(lián)立，消去n1

n得：3BcCs A (4-6)2 2 B2C2B2C2A22

arctanBCC

(4-7)x 2

， x ，式中，A a a2z2a2

B2 aa C2za。c 1 2 31

c 1 2 21

DcEs F3 3 D E

(4-8)narctan3

arctanE2E2F2D2F

(4-9)DzasEasFac.22 32 32指尖位置坐標(biāo)，由上上述式可求出各關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)角。4關(guān)節(jié)手指機(jī)構(gòu)〔食指，中指〕運(yùn)動(dòng)學(xué)分析22的旋轉(zhuǎn)軸線相互垂直，模擬人手掌指關(guān)節(jié)，其余各關(guān)節(jié)〔2，3，4〕的軸4關(guān)節(jié)手指機(jī)構(gòu)和拇指一樣，也是側(cè)擺型手指機(jī)構(gòu)，下面就對(duì)該機(jī)構(gòu)進(jìn)展運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。(1) 正運(yùn)動(dòng)學(xué)3D-H4.3xyz為定坐0 0 0標(biāo)系，其他為動(dòng)坐標(biāo)系，各指節(jié)長(zhǎng)度分別為a,a1 2

,a,a3

，各關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角分別為n,n1 2

nn,指3 4尖在坐標(biāo)系中的位置坐標(biāo)為x,y,z,D-H4-2.x4x4z4n4a4z3n3a3x2z2a202z1a1=0n1z0y0圖4.3 4關(guān)節(jié)手指機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖及坐標(biāo)系關(guān)節(jié)號(hào)aidinii關(guān)節(jié)號(hào)aidinii1/(°)10a1=00n1290a20n230a30n340a40n4對(duì)于該手指機(jī)構(gòu)，各坐標(biāo)間的齊次變換矩陣分別為：畢業(yè)設(shè)計(jì)〔論文〕畢業(yè)設(shè)計(jì)〔論文〕24c 1

s 01 A0 s1 0 c1 01 0 1

0，1000 1000 c s 2

0 a c 2 2A1 s2

c 0 a s2 2 22 0 0 1 0 ，0001 0001 c s 3

0 ac 3 3A2 s3

c 0 a s3 3 33 0 0 1 0 ，0001 0001 c s 4

0 ac 4 4A3 s4

c 0 a s4 4 44 0

0 1 0 ，

00cs

0 0s

11ac

ac

1234

1234 1 4 234 323 2 21

sc

ss c ac ac as s1234 1 4 234 323 22 14 1 2 3 4 s c

0 (as

as

as) 234

234

4234

323

22

(4-10) 0 0 0 1 式中 s sinn ，c cosn ，s sin(n n) ，c cos(n n) ，i i i i ji i j ij i js sin(n n n )c cos(nn n)i,j1,2,3,4。jik i j k ijk i j k43個(gè)元素即為指尖在定參考系中的坐標(biāo)x,y,z，因此有：xa4

c234

ac323

，2 2 1，

(4-11)ya4

c234

ac323

ac2

1

(4-12)z(as as as)，4 234 323 2 2

(4-13)畢業(yè)設(shè)計(jì)〔論文〕畢業(yè)設(shè)計(jì)〔論文〕25關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角n,n1 2

,n,n3

3式可求出指尖位置坐標(biāo)x,y,z?！?〕指尖在參考坐標(biāo)系中的位置xyz，求手指各關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)角nn1 2

,n,n3

下面給出求解逆運(yùn)動(dòng)學(xué)問題的方程。對(duì)于側(cè)擺型手指機(jī)構(gòu)，由式(4-11)，(4-12)有：n arctany

(4-14) 1 x式〔4-11〕,式(4-12)，式(4-13),為關(guān)于轉(zhuǎn)角nnn的非線性方程組，沒有解析解，需承受2 3 4數(shù)值解法求解。傳動(dòng)與構(gòu)造設(shè)計(jì)作，并傳遞肯定動(dòng)力。其傳動(dòng)示意圖如圖4.4所示其主要優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡(jiǎn)潔，傳動(dòng)平穩(wěn)，造價(jià)低廉以及緩沖吸振等特點(diǎn)，在機(jī)械中應(yīng)用廣泛。vvv圖4.4 帶傳動(dòng)示意圖食指與中指承受一樣的傳動(dòng)方案，如圖4.5所示，它們4個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)均有電動(dòng)機(jī)通指關(guān)節(jié)處，使機(jī)械手的機(jī)構(gòu)緊湊，增加了機(jī)械手的通用性能。2 3234n1n1n2n31n4圖4.5 4關(guān)節(jié)手指〔食指，中指〕傳動(dòng)示意圖1 3 nn帶動(dòng)關(guān)2n3n4處的帶輪做屈曲運(yùn)動(dòng)，各指節(jié)與帶輪相連，跟隨帶輪一起轉(zhuǎn)動(dòng)。帶輪與指節(jié)可以承受膠接的方式連接在一起，連接后與軸為間隙協(xié)作〔1處除外1 3 S7h6帶輪指根手掌h6H7h6手掌圖4.6 食指，中指指根關(guān)節(jié)裝配圖4.7為拇指?jìng)鲃?dòng)示意圖。n11n2n3圖圖4.7 拇指?jìng)鲃?dòng)示意圖結(jié)論與展望結(jié)論的運(yùn)動(dòng)進(jìn)展了運(yùn)動(dòng)學(xué)方面的分析，而對(duì)靈活手的傳感與掌握等方面并未做太多的爭(zhēng)論。在這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中所作的機(jī)械手樣機(jī)是一個(gè)仿人3指靈活手，11個(gè)自由度，該機(jī)一局部功能。但是還存在很多的缺乏與缺陷：設(shè)計(jì)，雖然也參考的一些現(xiàn)有的靈活手樣機(jī)，但沒有太多的理論依據(jù)的支持。慮到如何使用傳感器以及使用傳感器的種類。PLC掌握，就可以借鑒使用。將來展望縱觀靈活手的進(jìn)展歷史，我們不難覺察靈活手，在現(xiàn)在近消滅的樣機(jī)一4指至5指居多，在運(yùn)動(dòng)學(xué)構(gòu)造上與人手越來越接近，靈活手設(shè)計(jì)明顯有擬人化的趨勢(shì)。承受擬人化設(shè)計(jì)的主要緣由包括：①事實(shí)證明人手具有豐富的操作功能，能夠應(yīng)付簡(jiǎn)單多樣的任務(wù)。象。動(dòng)作通過數(shù)據(jù)手套等人機(jī)交互設(shè)備傳遞給靈活手，實(shí)現(xiàn)遙控操作。④滿足某些特別需要，如：用于消遣，護(hù)理等的人形機(jī)器人需要有人的外形和行為。進(jìn)入21世紀(jì)，機(jī)器人的擬人化程度進(jìn)一步增