一种新型仿生机器人手的设计与实验研究

admin · 发表于 2022-7-25 14:05:29

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仿生假手是近年来机器人手领域的一个热点研究方向，通过将普通人工假手和多指机器人手进行结合，合理借鉴多指机器人手的优点和先进技术来提高假手的性能，以更好的帮助手部残疾人士。本文以助残和提高仿生假手性能为出发点，旨在研制一种具有一定抓握能力、外形尺寸与人手相似的仿生机器人手，并在理论和实践上为后续研制实际仿生假手打下坚实基础。首先从对人手特点的分析着手，通过查阅相关文献资料，对人手特点有了系统掌握。了解了人手的基本构造和运动机理，掌握了人手的外形尺寸和内部骨骼尺寸；并通过对人手运动特点的分析，确定了“影响抓握方式的主要因素是抓握目的，而不是物体形状”的观点；明确了人手最常用的抓握方式是“对握”和“侧捏”，以及拇指在抓握中的重要性。在建立的人手运动学模型基础上，通过对人手运动特点的分析和人手抓握实验研究对其进行合理简化，提出了一种适合本文仿生手设计的5指5自由度简化运动学模型。基于上述运动学方案，对仿生机器人手进行了具体的结构和外观造型设计。设计采用模块化思想，将整手分为手指单元和手掌模块两部分。先对手指单元的不同方案进行分析对比，确定最优方案，对手指单元进行了具体结构设计；然后对掌部结构进行了设计，并将手指单元和手掌模块进行融合，完成了仿生手的总体结构设计；最后建立了仿生手的三维虚拟样机模型，并通过仿真分析验证了其可行性。整个设计过程中，始终以人手尺寸作为参考，成功将仿生手尺寸控制在1.2倍人手尺寸之内。并通过引入快速成型加工技术，使零部件的造型设计不再受传统机加技术的限制，实现了零部件的多曲面造型设计，使仿生手外形与人手具有较好的相似度。控制方面，采用了数据手套遥操作的控制方式，并对控制系统进行了设计和实现。最终成功研制仿生机器人手物理样机一个，搭建仿生手样机实验系统一套。并对样机的运动性能、基本抓握动作实现、最大抓握负载和综合抓握能力进行了实验分析。实验表明，仿生机器人手样机具有良好的性能和抓握能力，达到了预期设计目标。

一种新型仿生机器人手的设计与实验研究

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