大柔性靈巧手指特性研究.pdf

1、末端執(zhí)行器是機(jī)器人與外界環(huán)境交互作用的最后執(zhí)行部件，一直受到眾多學(xué)者的關(guān)注。模擬人手結(jié)構(gòu)和功能的機(jī)器人多指靈巧手具有良好的靈活性和適應(yīng)性，極大提高了機(jī)器人智能化水平，有很好的研究意義與應(yīng)用價(jià)值。
　　 近年來(lái)，機(jī)器人的應(yīng)用已延伸至醫(yī)療、農(nóng)業(yè)、生活服務(wù)等領(lǐng)域，其操作對(duì)象往往是一些柔軟、脆嫩的物體，因此要求機(jī)器人多指靈巧手具有很好的柔性。本課題組研究的新型氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器FPA(Flexible Pneumatic Actuator)

2、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)作靈活、功率/重量比大，既是驅(qū)動(dòng)器又是執(zhí)行器，特別適用于安全性和柔順性需求較高的場(chǎng)合，但抓持物體時(shí)易產(chǎn)生扭曲變形。本文對(duì)FPA進(jìn)行改進(jìn)，提出了一種兼顧柔性和剛度的新型氣壓驅(qū)動(dòng)手指，命名為大柔性靈巧手指，主要工作和成果如下：
　　 (1)對(duì)大柔性靈巧手指的靜態(tài)模型和基本特性進(jìn)行了深入研究。通過(guò)力矩平衡原理建立手指的靜態(tài)模型，分析了手指結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)彎曲角度的影響；基于氣動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)原理，建立手指充放氣過(guò)程動(dòng)態(tài)模型；

3、制作大柔性靈巧手指，搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)手指進(jìn)行靜態(tài)特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)。
　　 (2)提出了大柔性靈巧手指彎曲角度預(yù)測(cè)模型。介紹BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本原理、結(jié)構(gòu)和訓(xùn)練過(guò)程，建立了網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型。通過(guò)手指靜態(tài)特性實(shí)驗(yàn)獲取樣本數(shù)據(jù)，對(duì)預(yù)測(cè)模型進(jìn)行訓(xùn)練和檢驗(yàn)。
　　 (3)提出了大柔性靈巧手指運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。分析了手指的運(yùn)動(dòng)形式，推導(dǎo)出指尖位姿描述方程；通過(guò)修正D-H法建立手指空載運(yùn)動(dòng)學(xué)模型并計(jì)算雅可比矩陣；提出了手指接觸幾何約束條件，建立多點(diǎn)接

4、觸運(yùn)動(dòng)學(xué)模型；搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，驗(yàn)證手指運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。
　　 (4)提出了大柔性三指手爪和大柔性軟手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。研究了靈巧手的關(guān)節(jié)數(shù)目、截面結(jié)構(gòu)以及手指數(shù)日的選取條件，介紹了大柔性三指手爪的工作原理，建立爪指指端的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)和抓持仿真；設(shè)計(jì)了大柔性軟手，推導(dǎo)出軟手指端運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，建立其包絡(luò)抓持模型并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真。
　　 本文研究的大柔性靈巧手指柔順性好，制造容易，控制簡(jiǎn)單，具備純?nèi)嵝詺鈩?dòng)手指所不具有的剛性，在醫(yī)療