仿人柔性机械手说明书Word文件下载.docx

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第五章总结和提高。

本章是对全文的总结，在总结的基础上进一步的指出了本课题研究存在的问题，及灵巧机械手研究发展方向等。

关键词：

仿人柔性机械手工作原理机构设计自由度

DesignofHumanoid 

Flexible 

Manipulator 

Abstract

Theflexible 

manipulatoristhehotissuethattherobotrealmdiscussesinrecentyearsandManyresearchinstitutionshaveconductedresearchontherobot.Thisessaydiscussedthesportsystemofflexible 

manipulator,includemechanism,transmissionanddrive,thistopicmainlystudiedthecontentsasfollows:

Chapter1Outline.Introducethesubjectofthesourceofthetopicathomeandabroadaswellastheworkwhichwillbeaccomplished.

Chapter2Overallprogramdesign.Introducethepreliminarydesignofthedexterousmanipulatoroftheoverallprogram,designsteps,thecalculationofthemainparameters,thekeystructuraldesign,mechanicaltransmission,andelectric-drivendesign.

Chapter3Theplanofthetwodesignimprovement.Discussesthestructreandtransmissiondesign

Chapter4Analysisanddesignofkeystructures（parts）.Inordertoimprovetherobot'

smovementspeedandcontrolaccuracy,therobotdrivemechanismhasacompactstructure,smallsize,lightweight,seamlessandfastresponse.

Chapter5Summarizeandimprove.Thischapterisasummaryofthefulltext,andfurtherpointedouttheproblemsinthisresearch,andDexterousManipulatordirectionofdevelopmentonthebasisofsummingup.

Keywords:

Flexible 

manipulator;

Workingprinciple;

Mechanicaldesign;

Freedomdegree

目录

1.引言1

1.1课题来源1

1.2国内外现状2

1.3关键技术4

1.3.1小而强的驱动5

1.3.2丰富的感觉5

1.3.3聪明的大脑6

2.灵巧机械手方案设计7

2.1灵巧手设计的基本原则7

2.1.1手型的选择7

2.1.2自由度的选择7

2.1.3驱动器的选择7

2.2总体方案的比较8

3.方案二的改进设计综述10

3.1手指机构的传动方案设计10

3.2FRJ-11灵巧手的整体结构设计11

3.2.1关节的结构设计11

3.2.2手指关节间连接机构的设计13

3.2.3手掌的结构设计与制作13

4.关键结构（零部件）设计与分析15

4.1手指机构设计15

4.1.1拇指机构运动学分析18

4.1.24关节手指机构（食指，中指）运动学分析19

4.2传动与结构设计21

4.3驱动设计24

5.结论与展望25

5.1结论25

5.2未来展望25

结语27

参考文献28

致谢29

1.引言

机器人多指灵巧手是一种仿人手的装置,它具有力觉、触觉、视觉和温度感知能力,可以代替人在危险、恶劣的环境下完成普通装置所不能完成的复杂操作任务。

多指手的每个手指都相当于一个独立的、具有多自由度的微型机器人,这样通过协调各个手指间的相互运动就可以实现对不同类型物体的精确操作。

但同时多指手的使用使得整个系统的复杂性增加,另外,由于操作上的要求,仿人形灵巧手本身的体积有比较严格的要求,所以设计一种高性能且紧凑的控制系统对多指灵巧手的起着至关重要的作用。

本论文根据人手抓取物体的仿生学原理所设计机器人手爪为3指手爪，其中一个为拇指，两个分别为食指和中指，并且按人手机构布局。

3个手指共有11个自由度。

其中拇指有3个自由度，其余两根手指分别相当于食指和中指，它们结构相同，都具有4个自由度。

每个关节分别采用一个电机进行驱动。

本文在完成了对机械手结构设计的同时，还对各手指进行了运动学分析，以便于对机械手实现控制。

在此，我通过整个设计过程，阅读相关文献资料，我对灵巧机械手技术有了一个全新的认识，对我们国家的机械手技术产生很大的信心，也对机械手技术的未来充满期待。

相信随着我们国家国民经济水平提高，我国的机械手技术也会有一个相当大的飞跃，一定会赶上甚至超过世界先进水平。

1.1课题来源

自40多年前，第一台计算机控制的机械臂出现之日起，人类将机械的概念延伸到了一个新的领域——机器人。

在制造领域，可以看到众多机械臂在替代人们执行各种操作任务，如喷漆，焊接，搬运，装配等。

然而还有许多操作任务单靠机械臂的运动无法完成，例如太空，水下，核辐射等环境下的实验，维护。

排险等复杂任务。

于是像人手一样的机械手成为期待的目标。

然而人类能否造出如此灵巧的机械手呢？

在机械技术领域研究人员一直在探索解答这一问题的技术途径。

经过十几年的研究，世界一些大学和研究机构开发出多种机械灵巧手样机。

它们日益显示出在危险和有害环境下代替人类执行复杂操作任务的可能性。

像人一样，机器人需要用它的手与环境发生作用。

机器人发展初期，面向的需求首先是制造领域，早期的工业机器人主要执行上下料的简单任务，功能单一的两指夹持器就能满足任务需要。

随着技术的进步，工业机器人开始向更多的应用领域发展，上百种专门用途的“手”，统称为末端执行器，使机器人能够应对丰富多样的人物对象，从轮胎，玻璃到布料，从大型金属热轧件到微小的电子器件。

尽管如此，末端执行器仍然是制约机器人应用的一个主要因素。

于是，开发多用途机械手成为早期灵巧机械手研究的缘由和动机。

随着工业化的实现，信息化的到来，我们开始进入知识经济的新时代。

创新是这个时代的源动力。

文化的创新、观念的创新、科技的创新、体制的创新改变着我们的今天，并将改造我们的明天。

新旧文化、新旧思想的撞击、竞争，不同学科、不同技术的交叉、渗透，必将迸发出新的精神火花，产生新的发现、发明和物质力量。

机械手技术就是在这样的规律和环境中诞生和发展的。

科技创新带给社会与人类的利益远远超过它的危险。

人若失去双手，其生活和工作能力将极大降低。

传统机器人多限于制造领域，一个重要原因在于缺乏对复杂环境和对象的操作能力。

研究和开发类似人手的智能灵巧手，对于机器人技术在更为广泛的领域获得应用将会产生重要作用。

机器人的发展史已经证明了这一点。

机器人的应用领域不断扩大，从工业走向农业、服务业；

从产业走进医院、家庭；

从陆地潜入水下、飞往空间；

......。

机器人展示出它们的能力与魅力，同时也表示了它们与人的友好与合作。

“工欲善其事，必先利其器”。

人类在认识自然、改造自然、推动社会进步的过程中，不断地创造出各种各样为人类服务的工具，其中许多具有划时代的意义。

作为20世纪自动化领域的重大成就，机器人已经和人类社会的生产、生活密不可分。

世间万物，人力是第一资源，这是任何其它物质不能替代的。

尽管人类社会本身还存在着不文明、不平等的现象，甚至还存在着战争，但是，社会的进步是历史的必然，所以，我们完全有理由相信，象其它许多科学技术的发明发现一样，机器人也应该成为人类的好助手、好朋友。

中国的未来在科学。

展望21世纪，科学技术的灯塔指引着更加美好的明天。

怀着对灵巧机械手技术的浓厚兴趣和美好憧憬，这次毕业设计我选择了灵巧机械手作为自己的课题，希望能通过这次毕业设计加深对现在国内外机械手方面的先进技术和成果的了解，锻炼自己探索和创新的能力，树立为祖国科学技术的发展而奋斗的信心。

1.2国内外现状

20世纪70年代至今，出现了多种灵巧手样机。

从20世纪70年代开始，伴随着计算机控制技术的发展，出现了模拟人手结构的多指手。

例如Okada手采用3个手指分别模仿人手的拇指，食指和中指，总共11个自由度，采用直流电动机驱动。

20世纪70年开发的多指手，在运动方面一考虑手指机构自由度为主，没有明显的手掌，也没有触觉，力觉等外部传感器，靠测量关节位置和力矩来控制指尖位置和抓持力。

20世纪80年代初，美国斯坦福大学的学者Salisbury以灵巧性为焦点，探索了灵巧手的设计理论和控制方法。

他从运动学的观点出发，研究灵巧手需要满足哪些条件才能实现对物体的抓持和操作。

为此，他系统的分析了包含摩擦在内的接触约束，指出若要能稳定抓持物体，并对物体施加任意的力和运动，灵巧手至少需要3个手指，且每个手指需要3个自由度。

20世纪80年代中期，美国Utah大学生物医学设计中心和麻省理工人工智能实验室联合开发了Utah/MIT手，该手的设计兼顾了仿人和简单性的原则，采用模块化设计的思想，将4个手指设计成相同的结构，在掌上采用仿人式布局。

每个手指4个自由度，整手16个自由度，是当时自由度最多的仿人机械手。

20世纪90年代，美国国家航空宇航局（NASA）和德国宇航中心（DLR）瞄准空间机器人系统，相继开发出功能更强的灵巧手。

NASA的喷气推进实验室首先开发了4指灵巧手，气候Johnson空间中心又开发了Robonaut手。

DLR的机器人研究中心也先后开发出了两种型号的4指灵巧手。

自从1997年本田（Honda）公司率先推出人形机器人（humanoidrobot）以来，Sony,HP等公司相继进入开发行列，相继研发了P3，Qrio等多种人形机器人。

日本Gifu大学一人形机器人和康复医疗为背景，在2002年开发出5个手指16个自由度的GifuⅡ手。

从1987年开始，北京航空航天大学机器