【摘 要】
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三指机械手能够模仿人手的大拇指、食指和中指的姿态,从而实现仿人手的动作。传统机械手的手掌为刚性,只有手指可动,变胞手掌的引入增加了机械手掌的活动度,从而提升机械手的工作空间以及抓取能力。本文着眼于对手掌的仿生设计,基于可重构虎克铰链副(r T铰链副)设计出一款新型的仿人变胞手。将含有r T铰链副的六杆机构作为机械手的手掌,基于r T铰链副的可重构特性,使机械手的手掌在r T铰链副的不同构态下呈现出
【基金项目】
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国家自然科学基金重点项目,机构演变与变胞机理及其面向任务的多工况性能综合设计(51535008); 天津大学现代机构学与机器人学中心;
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三指机械手能够模仿人手的大拇指、食指和中指的姿态,从而实现仿人手的动作。传统机械手的手掌为刚性,只有手指可动,变胞手掌的引入增加了机械手掌的活动度,从而提升机械手的工作空间以及抓取能力。本文着眼于对手掌的仿生设计,基于可重构虎克铰链副(r T铰链副)设计出一款新型的仿人变胞手。将含有r T铰链副的六杆机构作为机械手的手掌,基于r T铰链副的可重构特性,使机械手的手掌在r T铰链副的不同构态下呈现出不同的运动方式。本文主要的研究内容如下:(1)通过观察人手真实动作,将人手掌作为工作平面在其上添加运动副以获得新型的变胞机构。通过对新型手掌机构的分析,给出了变胞手掌在不同构态下的运动方式,并给出变胞手掌在不同工作模式下的驱动关节。(2)分析了变胞手掌的位置模型和速度模型,为计算灵巧手的操作矩阵奠定基础。对新型变胞手手指操作平面,手掌工作空间,手掌操作平面在空间中位姿以及变胞手掌的半径变化等参数进行了分析,证明了此变胞手对于不同尺寸物体的抓取灵活性。(3)针对传统结构手指和非传统结构手指的不同,探究了安装传统结构手指和非传统结构手指的变胞手在手指工作空间上的提升,并探究了在使用两类手指时的变胞手手指工作空间的交叠情况。(4)基于刚性手指的有摩擦接触模型,给出了机械手抓取物体时的抓持矩阵计算方法。在此基础上,探究了满足稳定抓持条件的被抓持物体的工作空间、尺寸及位姿参数。对特定尺寸的被抓持物体在空间中的位姿进行了分析。通过以上分析揭示了此变胞手相对于传统灵巧手和前代变胞手在抓取适应能力上的提升,展示了采用仿人变胞机构作为灵巧手手掌的优越性。也探究了手指结构对变胞手抓持性能的影响。本文的创新点在于仿人手掌设计出一款新型的变胞手,首次对手掌进行了仿生,本文的工作为新型变胞手的设计、变胞手的手指结构的选取提供了新思路。
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