大柔性靈巧手指靜態(tài)特性及運(yùn)動(dòng)分析研究.pdf

1、末端執(zhí)行器是機(jī)器人完成其操作功能的主要部件。最初，機(jī)器人裝配的是單自由度夾持器，用以執(zhí)行一些簡(jiǎn)單動(dòng)作，如抓持、搬運(yùn)等，但由于此類夾持器配置簡(jiǎn)單，動(dòng)作遲鈍，功能單一，因此只能完成一些特定任務(wù)，通用性差。基于這種情況，人們開(kāi)始研究功能多樣，操作靈巧的末端執(zhí)行器，并從研究人手出發(fā)，著手研究多關(guān)節(jié)、多手指的類人型剛性靈巧手。但隨著機(jī)器人技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，傳統(tǒng)剛性執(zhí)行器逐漸表現(xiàn)出了結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不易控制，柔性度低等缺點(diǎn)，進(jìn)而人們又提出了氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器

2、這一概念。
　　氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器不僅是機(jī)器人驅(qū)動(dòng)器也是機(jī)器人執(zhí)行器，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作方便、效率轉(zhuǎn)化高，柔順性好等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也存在剛度不足、響應(yīng)速度偏低等缺點(diǎn)，比較適用于柔順性及安全性要求較高的場(chǎng)合，比如農(nóng)業(yè)采摘、手指康復(fù)等領(lǐng)域。本文研究的大柔性靈巧手指是浙江工業(yè)大學(xué)最新提出的一種新型氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器，現(xiàn)就主要工作和研究成果做如下說(shuō)明:
　　(1)以幾何分析為基礎(chǔ)，建立了手指簡(jiǎn)單位姿幾何模型，在此基礎(chǔ)上，通過(guò)修正D-H坐標(biāo)系分

3、別建立了手指平面正運(yùn)動(dòng)學(xué)模型及空間正運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，并通過(guò)坐標(biāo)變化建立了手指逆運(yùn)動(dòng)學(xué)。引入雅克比矩陣，建立了手指靜力學(xué)模型，并通過(guò)力及力矩平衡關(guān)系建立了手指靜力平衡方程。通過(guò)對(duì)指尖位姿坐標(biāo)求導(dǎo)得到手指上任意點(diǎn)速度表達(dá)式，對(duì)手指速度積分后獲得手指動(dòng)能方程。
　　(2)介紹了ANSYS軟件及其基本分析流程，利用ANSYS軟件仿真大柔性靈巧手指彎曲特性。將大柔性靈巧手指等效為懸臂梁，通過(guò)理論分析及仿真分析得出結(jié)論:手指在只受自重情況下彎曲撓

4、度極小，并說(shuō)明在以后的手指特性分析中基本可以忽略手指自重影響。通過(guò)仿真分析及實(shí)驗(yàn)研究得出手指內(nèi)腔壓力與彎曲角度之間的關(guān)系，繪制結(jié)果對(duì)比曲線，得知仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本吻合，并強(qiáng)調(diào)說(shuō)明了一些可能導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生誤差的因素。通過(guò)仿真分析及實(shí)驗(yàn)研究得出手指指尖位姿與彎曲角度的關(guān)系，分別繪制仿真與實(shí)驗(yàn)的指尖坐標(biāo)位置，通過(guò)對(duì)比驗(yàn)證了仿真結(jié)果以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果的正確性。通過(guò)ANSYS軟件模擬了幾種手指抓取姿態(tài)，并說(shuō)明了大柔性靈巧手指抓取不同形狀物體具有高度的

5、柔順性。最后對(duì)大柔性靈巧手指結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性做了一定分析，研究表明手指失穩(wěn)臨界內(nèi)腔壓力載荷為0.53Mpa。
　　(3)介紹了人手所特有的抓取形式，詳細(xì)說(shuō)明了人手的幾種抓取姿態(tài)。闡述了靈巧手抓取靈巧性及滿足靈巧性要求的標(biāo)準(zhǔn)，詳細(xì)介紹了靈巧手多種抓取模式及模式屬性，并指出靈巧手在滿足力封閉及形封閉的條件下可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定抓取。提出大柔性三指手爪結(jié)構(gòu)方案，詳細(xì)闡述了手爪結(jié)構(gòu)及工作原理。提出用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)分類大柔性三指手爪抓取模式的方法，建立了