含弧形自由度仿人灵巧手掌的机构设计.pdf

含弧形自由度仿人灵巧手掌的机构设计 Mechanisms design of the dexterous robotic palm including palm arch degree 黄建龙，王英光，朱伟, 高艳雯 （兰州理工大学机电工程学院，甘肃 兰州 730050 ） HUANG Jian-long ,WANG Ying-guang ，ZHU wei ，GAO yan-wen (College of Mechano-Electronic Engineering, Lanzhou University of Technology, Lanzhou 730050, China ) 摘要：提出了一种人手掌的简化模型，根据该模型，设计了仿人灵巧手掌的机构，使得只作为仿人灵巧手 手指及其控制部件机架的手掌形成弧形自由度参加手部动作，提高了仿人灵巧手通用性、灵活性和抓持物 体的适应性。经优化设计和仿真，机构完全符合灵巧手进行运动时手掌的运动要求。 关键词：机器人；含弧形自由度仿人灵巧手掌；机构优化 中图分类号：TP24 文献标识码：A Abstract ：This paper introduces a model to predigest the palm of human ,according to the model ,mechanisms of the dexterous robotic palm is designed, in order to make the palm which is mostly used as the rack of the dexterous robotic fingers and their control units form palm arch degree to assist the operations of the dexterous robotic hand，to improve the interchangeable capacity ，dexterity and adaptability when the dexterous robotic hand grasps objects. After mechanisms optimization and simulation, the mechanisms adapt for the demands of the palm’s operations when the dexterous robotic hand is moving totally. Key words ：robot ; dexterous robotic palm including palm arch degree; mechanisms optimization 1 引言 目前，仿人灵巧手的研究取得了很多重要的成果，但是，仿人灵巧手手掌在手部动作中 的作用还没有引起大家的重视，在众多的灵巧手中，可以分为无手掌和有手掌两种。有手掌 的灵巧手，其手掌基本上是作为手指及其控制部件的安装机架。相对于无手掌的灵巧手，有 手掌的灵巧手对物体提供更大的约束，操作能力大大增强，必威体育精装版灵巧手都是有手掌的。有手 掌的仿人灵巧手大部分无弧形自由度，而在手掌上增加弧形自由度，是仿人灵巧手研制的必 然趋势。因为：①手掌引入弧形自由度，相当于为每个手指（除拇指外）增加了一个自由度， 增加了灵 巧手的灵活性和抓取物体的适应性；②灵巧手有些具体动作要求手掌必须有弧形 自由度，如：依靠手掌抓取或托起比较大的球体；灵巧手多指（≥3 ）拈取微小物体等等。 研究表明，60-70%的手部动作需要手指和手掌协调配合完成。 本文是研制含有弧形自由度的仿人灵巧手掌, 与目前已经取得的灵巧手手指研究成果 相结合，将模块化的手指安装在灵巧手掌掌骨末端 MPJ （metacarpo-phalangeal Joint ）处， 通过有效的控制，增加灵巧 手的功能，达到提高仿人灵巧手通用性、灵活性和抓取物体时 适应性的目的，使灵巧手的功能更加接近人手。 2 手掌解剖结构分析 手掌