【摘 要】
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随着机器人技术的不断发展与进步,越来越多的人关注仿生机械手的研究,并对仿生机械手提出更高的设计要求,不仅要与人手外观一致,手指运动更灵活,并拥有更高的运动精度,完成人手所能做到的各种动作,仿生机械手所能完成的各种动作又以仿生手指为基础,因此,本文设计了一个低成本且易于加工的仿生机械手指,并由Festo公司生产的气动肌肉进行驱动,最终得到的手指柔顺性较好。具体研究内容如下:首先,参考人体手指的结构利
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随着机器人技术的不断发展与进步,越来越多的人关注仿生机械手的研究,并对仿生机械手提出更高的设计要求,不仅要与人手外观一致,手指运动更灵活,并拥有更高的运动精度,完成人手所能做到的各种动作,仿生机械手所能完成的各种动作又以仿生手指为基础,因此,本文设计了一个低成本且易于加工的仿生机械手指,并由Festo公司生产的气动肌肉进行驱动,最终得到的手指柔顺性较好。具体研究内容如下:首先,参考人体手指的结构利用三维建模软件Solid Works设计出三个指节的仿生机械手指结构,并对机械手指进行正逆运动学分析及仿真,得到机械手指的工作空间,验证了运动学逆解的多样性,并以单指关节为研究对象,建立了气动肌肉驱动的指关节系统的动力学模型。其次,对气动肌肉进行结构分析,根据能量守恒定律,创建了气动肌肉的理想静态数学模型,并设计出气动肌肉的电-气控制系统,为了便于实际应用,通过设计气动肌肉的静态特性测试实验,通过所得实验数据,拟合出气动肌肉的静态数学模型。然后,根据得到的气动肌肉驱动的指关节动力学模型,分别采用增量式数字PID和RBF神经网络整定的PID分别对指关节系统进行控制研究,仿真结果表明,系统的PID响应特性并不好,尤其是系统对方波响应的跟踪性能很差,但使用RBF神经网络整定的PID控制指关节系统时,系统的动态响应特性得到提升,稳定性好。因此,选用RBF神经网络PID控制策略对指关节系统进行控制。最后对指关节及双指关节进行动作实验,表明手指具有良好的柔顺性。
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