人手的位姿分析及計(jì)算機(jī)仿真研究.pdf

1、人們一直在不同的領(lǐng)域?qū)τ谧匀唤缱铎`巧的“機(jī)構(gòu)”--人手從事研究和模擬，譬如機(jī)器人的靈巧手，虛擬人的虛擬手等。雖然現(xiàn)在已有很多研究成果進(jìn)入了實(shí)際的應(yīng)用，但其還是遠(yuǎn)不如人手靈活、易控，仍需進(jìn)行不斷的探索研究。 本文根據(jù)手部自身的物理特性和生理特性，將機(jī)器人學(xué)、機(jī)器人仿真技術(shù)、虛擬人技術(shù)和計(jì)算機(jī)動(dòng)畫等學(xué)科進(jìn)行充分的結(jié)合。采用靈巧手的分析方法對(duì)手的結(jié)構(gòu)進(jìn)行理論分析；采用分層建模技術(shù)，建立以人手為原形的虛擬手；通過對(duì)靈巧手的理論分析，為虛

2、擬手的運(yùn)動(dòng)奠定了理論基礎(chǔ)；通過虛擬手的建模、運(yùn)動(dòng)等技術(shù)，為靈巧手的仿真引入了新的元素。論文的主要工作為： 從手的解剖學(xué)結(jié)構(gòu)出發(fā)，理論上確定了手的鏈桿模型：對(duì)該鏈桿結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，確定了關(guān)于MP關(guān)節(jié)新的理論研究結(jié)構(gòu)；為了完成對(duì)掌運(yùn)動(dòng)，在拇指的腕掌關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)上加入了自旋自由度；分別對(duì)中指單指和拇指單指這兩種典型結(jié)構(gòu)進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)分析和仿真。 采用DirectX技術(shù)和分層建模技術(shù)，對(duì)手部進(jìn)行初始靜態(tài)建模。骨骼層滿足參數(shù)化

3、和模塊化要求；肌肉建模采用橫截面控制法；形象逼真的完成了手部的建模。 應(yīng)用運(yùn)動(dòng)學(xué)分析結(jié)果，結(jié)合解剖學(xué)中的手部運(yùn)動(dòng)約束條件，引入機(jī)器人學(xué)中的軌跡規(guī)劃技術(shù)，完成對(duì)手部運(yùn)動(dòng)的控制；采用基于軸變形實(shí)時(shí)肌肉變形技術(shù)完成運(yùn)動(dòng)時(shí)的肌肉變形分析。模型不僅能逼真地動(dòng)畫結(jié)果，而且其運(yùn)動(dòng)的易控、精確。 使用DirectX、VC++、Delphi和Matlab結(jié)合的編程方法，完成了系統(tǒng)軟件的編寫，將系統(tǒng)軟件分為主程序和控制程序兩部分，主程序完成