氣動(dòng)仿人機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)學(xué)與控制策略研究.pdf

1、近年來，隨著機(jī)器人學(xué)科的發(fā)展，作為機(jī)器人末端執(zhí)行器的仿人機(jī)械手引起了很多科研機(jī)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)界的重視，由于工作任務(wù)的復(fù)雜性和工作環(huán)境的未知性，使得仿人機(jī)械手在設(shè)計(jì)層面擁有較高的要求，因此要設(shè)計(jì)出形狀小巧、靈活作業(yè)的仿人機(jī)械手并不容易。目前現(xiàn)有仿人機(jī)械手要么因大量的零部件導(dǎo)致結(jié)構(gòu)復(fù)雜，要么為了節(jié)省空間使得傳動(dòng)方式不夠完善。因?yàn)榉桨干系耐讌f(xié)和讓步，目前這些仿人機(jī)械手在外觀和功能上都不盡如人意。
　　本課題旨在設(shè)計(jì)一個(gè)氣動(dòng)仿人機(jī)械手平臺(tái)，手指

2、的設(shè)計(jì)和控制是整個(gè)平臺(tái)的關(guān)鍵部分，通過仿真分析與實(shí)物驗(yàn)證對(duì)其進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)與控制策略的研究。
　　首先，根據(jù)仿生學(xué)原理，通過對(duì)人手的結(jié)構(gòu)與功能進(jìn)行深入研究與分析，提出了氣動(dòng)仿人機(jī)械手的技術(shù)方案，其中手指、手掌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及手指關(guān)節(jié)的傳動(dòng)設(shè)計(jì)基于等角度圓規(guī)動(dòng)作原理，每個(gè)手指都具有全驅(qū)動(dòng)特性，運(yùn)用 Solidworks設(shè)計(jì)軟件完成了結(jié)構(gòu)圖的繪制；驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)采用單作用彈簧壓回氣缸驅(qū)動(dòng)，通過氣壓和氣缸彈簧的相互作用控制氣缸行程，從而控制手指彎曲程

3、度；控制設(shè)計(jì)方面搭建了基于PLC控制的由電氣比例閥構(gòu)成的氣動(dòng)回路電氣控制系統(tǒng)。
　　其次，通過手指的正逆運(yùn)動(dòng)學(xué)理論分析，并運(yùn)用MATLAB進(jìn)行手指各指節(jié)的運(yùn)行軌跡仿真；通過研究人手各種手勢(shì)形態(tài)，運(yùn)用 ADAMS對(duì)機(jī)械手手指進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真得出各關(guān)節(jié)的位置、速度、加速度等參數(shù)；使用Simulation對(duì)手指的材料的剛度特性進(jìn)行有限元應(yīng)力仿真和尺寸優(yōu)化。
　　最后，通過PLC編寫相關(guān)程序就能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械手常用的手勢(shì)，在主從控制模式下