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仿人机械手的结构设计与现实意义

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摘要：本文阐述了仿人机械手研发的国内外发展现状与存在的问题，并针对这些问题对仿人机械手进行了三维建模以及运动学仿真，同时阐明了仿人机械手研究对社会生活的现实意义。

论文关键词：仿人机械手,三维建模,运动学仿真

1、引言

机器人技术的发展是一个国家高科技水平和综合能力的重要标志，而服务机器人是未来社会发展的必然产物，对于服务机器人的研究，尤其是仿人机器人的研究是具有巨大经济价值和历史意义的，其原因有二：第一，世界老龄化进程的加快，尤其是中国也正进入老龄化社会，照顾老人问题即将成为一个严重的社会问题，而仿人机器人在解决这一社会问题中有着不容置疑的作用；第二，由于各种灾难和疾病造成的残障人士也逐年增加，他们需要越来越多的关心和照顾，如果采用专门的人力将严重增加社会的负担。所以对于服务型机器人的研究，显得格外重要。

目前有很多服务型机器人，但是没有一个机器人可以像人一样有一双灵巧的手，完成只有人类才能实现的复杂动作，本课题就是针对这一问题从仿人机器人的机械手开始研究的。

2、国内外发展现状与问题

从1960年由通用电气公司设计制造的造型为两只手指的爪状物开始，为以后的各类机械手打下了基础，到现在为止美国的宇航局(NASA)、哈佛大学和耶鲁大学，日本的东京大学在机械手的研究上都取得了不小的突破。

我国机械手的研究比较晚但是也做了很多工作，国防科技大学、哈尔滨工业大学也研制出了多指灵巧手。尤其是哈尔滨工业大学机器人研究所研制的“仿人型机器人灵巧手”，2006年5月亮相德国慕尼黑国际机器人及自动化展览会，以其精美的外观、可靠的软硬件系统等赢得了众多参观者的赞赏，并率先进入了国际市场。

由此可见，目前多数国家和企业高校都在对仿人机械手进行研究与设计，不过现在还存在一系列问题，例如：价格昂贵，实时性不理想，设备笨重，并且大都停留在实验阶段，这些都制约其在实际当中的应用。

3、五指仿人机械手设计

本文设计的五指仿人机械手具有的优势有：采用欠驱动控制方式，所以机械系统大大简化，机械手大小基本与普通人手大小一致，便于安装到各种服务机器人的移动平台上；同时每个手指都靠手指末端拉力进行运动，也就是说只需要一个拉力便可以实现机械手指的人类手指运动方式，结构紧凑、便于控制、动作灵活；材料可以采用塑料纤维进行加工实现，因此质量轻、价格便宜，易于普及；可以采用嵌入式的控制方式进行控制，处理速度快，响应时间短。

本文通过Solidworks对五指仿人机械手进行建模，其单指与整手建模图形如下所示：

图1单指结构与整手三维建模

本文通过ADAMS实现仿人机械手的运动学仿真，其仿真图形如下所示：

图2约束添加以及手指运动效果图

4现实意义

对于仿人机械手的研发对社会有着重要意义，其一：对于服务机器人的研制，尤其仿人机器人的研究应用，必将对机器人行业起到积极的促进作用；其二，仿人机械手的研发隶属于制造业，其研制成功与推广，可以增加就业，创造经济价值；其三，其技术的实现可以促进制造业的信息化、自动化和产品的智能化，提升产品技术含量和附加值，从而促进制造业相关技术领域的发展；其四，实现服务机器人上机械手的灵活运动与控制，对于老年人以及残障人士在心理上和身体上都非常有益处，为解决我国社会问题，创建和谐社会做出贡献。

参考文献

[1]刘世廉周华平马宏绪，一种新型仿人多指机械手的简易实现【J】，控制工程，2003年5月第10卷147-151

[2]刘伊威金明河樊绍巍兰天陈兆芃，五指仿人机器人灵巧手DLR/HITHandII*【J】，机械工业学报，第45卷，11期10-17

[3]崔海，基于欠驱动机构的机械手爪的研究【J】，机械工程师，2004年5期

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-全文完-