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机器人技术日益成熟,已经在各行各业中发挥着巨大的作用。为了深化和拓展机器人的应用,让机器人拥有如同人类双手一般的末端执行器,学者们一直致力于多自由度多指灵巧手的研究。然而,目前问世的灵巧手大多以实现高灵巧性为目标,自由度和关节数多,结构复杂,控制繁琐,且成本高昂,难以广泛应用于实际。 为解决多指灵巧手过度复杂的难题,本文提出并设计了一种4自由度、8关节三指灵巧手结构方案,借助力矩转换器实现各手指内、外两关节的逻辑运动以及对物体单指节或两指节接触的夹持,通过三指相对位置的调整可实现对回转类、多面体类以及复杂曲面形状物体的可靠抓取。本文所述三指灵巧手在功能性上比简单夹持器强大,在实用性上比多自由度灵巧手优越,对促进灵巧手早日投入实际应用具有重大意义。 首先,设计了三指灵巧手的机械系统,包括驱动方式的选择、传动系统的设计、结构本体的设计等。运用Solidworks构建了三指灵巧手的三维模型,用AutoCAD绘制了灵巧手的装配图及各零件的工程图。其次,分别对单个手指和整体灵巧手进行了运动学分析,建立了运动学正、逆解算法和雅可比矩阵,并运用MATLAB和ADAMS分别进行了数值计算和仿真分析。再次,结合灵巧手的结构特点,对三指灵巧手的抓取作业模式进行了分析与评价,研究了灵巧手典型的抓取模式,建立了灵巧手抓取物体时系统的运动学数学模型,探讨了评价抓取质量优劣的定量指标,并通过抓取作业实例计算,验证了本文有关算法的正确性,以及抓取质量评价指标的应用。最后,以基于遥操作的灵巧手作为研究对象,建立了遥操作灵巧手系统的模型,给出了抓取规划的实现流程。