仿人灵巧手的结构设计_大学生毕业设计论文.doc

仿人灵巧手的结构设计 摘要 本文介绍了一种五指型仿人灵巧手的的机构设计与实现方法，根据对非规则物品拿取任务的要求，采用转动机构和连杆机构相结合，设计了五指型机器手。手指弯曲电机与指间平衡电机耦合驱动，实现了机器手的多角度张开、抓握运动方式。详细分析了机器手手指机构、手掌机构、手指间辅助平衡机构的工作原理，给出了设计方案，并根据总体设计要求选定了关键参数。通过虚拟样机技术验证了所设计的手指机构传动系统的正确性和自适应抓持的可行性从而为整个仿人手的设计奠定了基础。 关键词：五指型机器手 工作原理 机构设计 虚拟样机 The structure designing of humanoid dextrous hand Abstract This thesis introduces the design and realization of a five-finger arm—and—hand mechani calsystem．Based on the demand of fuIfilling the task of holding irregular articles，the design of this arm．and—hand system combines the rotational structure and conne~ing rod．The fingerbinding engine and the finge卜balancing engine drive in a couple，thus realizing the multi—angle opening and grabbing motion．This thesis gives a detailed analysis on the mechanism of the finger system，the palm system and the aiding finger—balancing system．A design project is also provided，with key parameters according to the general demand．Through virtual prototyping Technology designed to verify the accuracy of finger mechanism and adaptive transmission feasibility of grasping so as to lay the entire design of a humanoid hand Basis． 1.引言 1 1.1 研究的背景及其意义 2 1.2 国内外研究状况 2 1.3 关键技术 4 1.3.1 小而强的驱动 4 1.3.2 丰富的感觉 5 1.3.3 聪明的大脑 6 2.仿人灵巧手手指机构的传动方案设计 8 2.1手指关节的传动方案设计 8 2.2 仿人灵巧手的整体结构设计 9 3.手指与手掌结构的设计与制作 10 3.1 手指关节的设计与制作 10 3.2 手指关节间连接机构的设计 12 3.3 手掌的结构设计与制作 13 3.4 手指基关节的机构设计与制作 14 4.仿人灵巧手运动学模型 15 4.1 灵巧手坐标系的建立 15 4.2 灵巧手正运动学解 16 4.3 仿人灵巧手动力学模型 18 5.手指的虚拟样机建立与运动抓持仿真 20 6.驱动系统的设计 23 6.1电机的选用 23 6.2控制系统的选择 24 1.引言 自从40多年前，第一台计算机控制的机械臂出现之日起，人类将机器人概念延伸到了一个新的领域：机器人。在制造领域，可以看到众多机械臂在替代人们执行各种操作任务。如喷漆、焊接、搬运、装配等。然而，还有许多操作任务单靠机械臂的运动无法完成，例如在太空、水下、核辐射等环境下的实验、维护、排险等复杂任务。于是像人手一样的机器手成为期待的目标。然而，人类能否创造出如此灵巧的机器手呢？在机器人技术领域，研究人员一直在探索解答这一问题的技术途径。经过十几年的研究，世界一些大学和研究机构已经开发出多种机器人灵巧手样机。它们日益显示出在危险和有害环境下代替人类执行复杂操作任务的可能性。 仿人形机器人所要完成的许多工作最终是要通过仿人手来实现的,如何设计仿生机器手机构，保证各种基本运动方式又便于驱动器的布置，并且机构简单成本低，成为设计与实现的关键。国外如Okada 手Belgrade/USC 手Stanford/JPL 手UTAH/MIT 手DLR 手等[1, 2] 国内如北航机器人研究所研制的BH 系列灵巧手[3, 4]等这些灵巧手以多自由度和具有的灵活性而被用于复杂的灵巧的操作