基于人機(jī)工程學(xué)的虛擬人手的模型建立及運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真.pdf

1、隨著工業(yè)的發(fā)展,機(jī)器人得以廣泛的應(yīng)用。作為機(jī)器人的一重要組成部分,多指靈巧手因其具有極強(qiáng)的功能和通用性能完成各類復(fù)雜的作業(yè),如化工生產(chǎn)、機(jī)械制造、核電維修、醫(yī)療手術(shù)等。因此,高性能的通用性靈巧手成為當(dāng)今國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。
　　本文在分析國(guó)內(nèi)外多指靈巧手的研究現(xiàn)狀基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)出了一種新型的五指靈巧手,并對(duì)其進(jìn)行了正逆運(yùn)動(dòng)學(xué)建模,最后對(duì)其運(yùn)動(dòng)軌跡空間進(jìn)行了仿真。首先,對(duì)人手的生理結(jié)構(gòu)進(jìn)行了重點(diǎn)分析并建立了人手的3D模型,該虛擬手具有兩

2、大創(chuàng)新點(diǎn):一是手指和手掌的結(jié)構(gòu)尺寸與人手實(shí)際統(tǒng)計(jì)下的平均尺寸一致;二是手指不僅能實(shí)現(xiàn)伸屈功能,同時(shí)也可作左右的收展運(yùn)動(dòng)。針對(duì)仿生人手存在尺寸過(guò)大、運(yùn)動(dòng)性能與人手實(shí)際運(yùn)動(dòng)性能差別明顯這一問(wèn)題,基于人機(jī)工程學(xué),本文采用實(shí)際測(cè)量與理論分析相結(jié)合的方法得到人手的結(jié)構(gòu)尺寸及運(yùn)動(dòng)參數(shù),設(shè)計(jì)了可伸屈和收展的拇指、食指、中指、無(wú)名指和小指。用Pro/E軟件對(duì)各手指及手掌進(jìn)行了建模和裝配,實(shí)現(xiàn)了人手自然狀態(tài)、張開(kāi)、正握和側(cè)握運(yùn)動(dòng)仿真。其次,對(duì)虛擬人手進(jìn)行

3、了運(yùn)動(dòng)學(xué)分析,采用D-H矩陣變換方法,建立了虛擬五指靈巧手的正逆運(yùn)動(dòng)學(xué)模型,正逆運(yùn)動(dòng)學(xué)模型驗(yàn)證結(jié)果表明:以食指為代表的四指和拇指的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型建立正確。最后,仿真了虛擬五指靈巧手的運(yùn)動(dòng)軌跡空間,仿真結(jié)果表明:虛擬五指靈巧手的運(yùn)動(dòng)學(xué)建模正確,靈巧手的運(yùn)動(dòng)軌跡空間與真實(shí)人手運(yùn)動(dòng)軌跡空間非常相似,能完成真實(shí)人手的一些常用動(dòng)作如側(cè)握、正握、側(cè)捏、正捏、勾等,具有良好的運(yùn)動(dòng)性能。主要研究?jī)?nèi)容包括:用MATLAB軟件對(duì)食指在自然狀態(tài)、左展15°、右展