三指欠驱动机械手的研究

发布时间：2020-04-03 13:13

【摘要】：科学技术的发展日新月异,这其中也包括机器人技术。机械手作为机器人系统的末端执行器,近年来成为国内外学者研究的热门领域。由于被抓取物体的外形、尺寸、材质存在很大的不同,机械手必须具有很强的自适应能力和抓取的可靠性。本文设计了基于欠驱动原理的机械手,通过将欠驱动原理运用在机械手上,可以最小的成本、最简单的控制来实现机械手抓取物体。此外针对目前机械手手指布置的位置固定而导致工作范围受限,增加可转动手掌的方式解决这一问题。本欠驱动机械手具有一个固定基座指、两个可转动基座指共三个手指以及一个手掌基座,通过齿轮组调整手指相对位置,实现通过不同抓取方式对各种形状的物体进行抓取。每个手指具有三个指节,由一个驱动控制。整个机械手共有十个自由度与四个驱动。围绕着机械手的设计与应用,对欠驱动机械手运动学以及静力学进行理论分析,得到影响机械手工作性能的关键结构参数,为优化提供理论依据。针对导致机械手抓取不稳定的两种现象进行了分析与讨论。为避免“弹射”现象,对手指尺寸进行优化设计。为避免局部自由度造成的抓取不稳定,从手指接触方式出发,增加抓取时接触点,使用柔性指腹替代刚性指腹,增强了抓取的稳定性以及抗干扰能力。接下来,建立三维实体模型,在ADAMS中进行了运动学和动力学仿真,针对结构中的柔性体使用ANSYS与ADAMS进行联合仿真以进行振动与冲击测试。通过仿真验证了欠驱动机械手的抓取自适应能力与稳定性。利用3D打印技术制作欠驱动机械手样机,搭建实验平台,测试其抓取性能。为验证实际工作的自适应能力,对生活中常见的物体进行各种不同的抓取实验,具有良好的实际工作效果,达到设计目标。
【图文】：

（e）BN8-601 手[12]图1.1 国外典型机械手上世纪末，，以美国航空航天局为主开发出一款专门用于国际空间站的 NASA 灵巧手，如图 1.1（b）所示。该机械手是拟人手，由一个手臂、一个腕掌和五个手指组成，共计 14 个自由度，10 个驱动。其中腕掌部分两自由度，无名指、小指以及手掌各具有一个自由度，其余手指各三个。可以做很多简单的动作，比如拿常用工具。它在外形、功能上酷似人类的手

（c）TH-1 手[16]图1.2 国内典型机械手北京航空航天大学机器人以 Stanford/JPL 机械手为基础进行二次开发，分别生产出四款型号的机械手，编号从 BH-1 到 BH-4，然而这些型号的产品没有手掌结构作为支撑。如图 1.2（b）所示，是 BH-3 型号，三根手指举起了一个椭圆形的鸡蛋。可以明显的看出，每个手指有三个关节，也就是 BH-3 具有九个自由度。它的设计理念本身也是为了减少控制的复杂度，并且能够通过改变外形尺寸的大小使得其更加具备人类手的特征。驱动电机同样设置于手掌内
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP241

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本文编号：2613414