基于姿势协同的欠驱动假手研究

发布时间：2017-11-06 10:32

  本文关键词：基于姿势协同的欠驱动假手研究

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【摘要】：手是人类与自然的一个重要接口,既可以操纵工具,也可以探索空间,不仅能够感受外界丰富的信息,还能向外界输出信息,对环境做出改变。这些都表明人手是身体上一个非常复杂、重要的组成部分。因此,手的缺失将会大大的降低人的生活质量,假手作为人手的替代品,可以帮助残疾人恢复自信提高生活品质。一个理想的假肢手应该能够通过肌电或脑电信号控制完成各种日常工作。以当前的机电技术水平,在假手相对苛刻的尺寸、重量限制下,完全复现人手的抓取能力是十分困难的。其中一个主要的困难在于人手自由度多抓握姿势复杂多变,而严苛的尺寸重量限制又导致当前的假手不可能采用电机和关节的一对一驱动。因此,为了简化假手的机电系统,部分假肢手采用了全局耦合的设计方式,将每根手指的自由度缩减为一个。还有一部分假肢手采用欠驱动的方式通过主动自由度和被动自由度配合的方式实现包络抓取。本文结合国家“973”计划课题,研制出驱动数较少,抓握姿势丰富,控制相对简单,价格较低,运动拟人水平较高的欠驱动协同假手。本文的主要内容包括人手的结构分析,假手的姿势协同规划,指间协同机构设计,欠驱动手指设计及姿势协同欠驱动假手的仿真与实验。本文首先通过人手的结构分析,结合对实验室前期人手抓取姿势库的分析结果,进行了全新的假手关节模块划分,得出了姿势协同矩阵。根据姿势协同实现方式和具体的姿势协同矩阵,确定了姿势协同矩阵的复现机构,得出整个假手的传动方案,使其能能够集成于手掌内部。为提高假手抓握物体的包络性,设计出拟人性较强的欠驱动手指。通过ADAMS仿真、MATLAB仿真、假手运动拟人性评估对设计出的假手机构进行抓取姿势多样性和抓握动作拟人性验证。为验证本假手的实际抓握性能,搭建了欠驱动协同假手的实验平台,在此基础上完成了基于姿势协同理论的假手关节运动特性分析和实验、假手传动误差实验和分析、基于初始位姿的抓取姿势复现实验以及基于关节运动特性的实物抓取实验。实验结果表明,本文设计的假手较为准确地复现了人手抓握物体的关节运动特性,能够采用较为丰富、拟人的抓取姿势完成对不同物体的抓取。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R318.17;TP391.9

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本文编号：1148554