随着航天技术的不断发展,太空活动不断增加,宇航员将面临更多危险的任务。将空间灵巧手这类多功能灵巧操作工具安装在机械臂末端可以代替或协助宇航员完成许多危险工作,因此许多国家都开始了空间灵巧手的研制工作。本文介绍了一种面向空间操作环境的腱传动灵巧手指的传动分析与结构设计。首先,分析了腱传动灵巧手的研究现状和特点。介绍了国内外腱传动灵巧手的发展历史和研究现状,总结出腱传动灵巧手的设计思路和使用腱传动所需解决的问题,包括关节解耦、路径设计、腱绳预紧固定和摩擦力控制。其次,分析了腱传动系统。进行手指整体设计,模块化手指包含4个关节和3个自由度,由3个电机通过N型腱驱动方式驱动。分析了手指运动学,求出了不同类型的外载荷产生的关节转矩和平衡关节转矩所需的腱绳内力,分析了腱绳路径对腱绳内力和电机功率的影响规律,提出了腱传动手指的设计指导思想,得到最佳的传动路径方案。再次,进行手指结构设计。手指从功能上分为手指关节、腱传动系统、驱动模块和传感器系统四部分;手指关节包含指间耦合关节和基关节两部分,耦合关节采用腱绳耦合,基关节由垂直交错的十字轴和滑轮组组成,可实现两自由度耦合运动;腱传动系统包括腱绳的选材、预紧、固定、导向和路径设计;驱动模块的独特设计允许腱绳从手指中间引入到关节端,使得手指外形对称,有利于后续的灵巧手的设计;传感器系统包括位置传感器、力矩传感器和张力传感器,位置传感器由电机内的霍尔传感器和关节端霍尔传感器组成,布置在基关节前端的力矩传感器可测量基关节的二维力矩和远端指间关节的力矩,分析了张力传感器布置的必要性和布置位置。最后,分析了手指传动关系并通过试验检验手指性能。分析了腱绳摩擦和腱绳延展对手指传动关系造成的影响,得到了手指驱动空间到关节空间的映射关系。组装一个手指进行运动试验,验证了手指结构设计的合理性,为控制系统的设计奠定基础。