大柔性靈巧手指特性研究.pdf

1、末端執(zhí)行器是機器人與外界環(huán)境交互作用的最后執(zhí)行部件，一直受到眾多學者的關注。模擬人手結構和功能的機器人多指靈巧手具有良好的靈活性和適應性，極大提高了機器人智能化水平，有很好的研究意義與應用價值。
　　 近年來，機器人的應用已延伸至醫(yī)療、農業(yè)、生活服務等領域，其操作對象往往是一些柔軟、脆嫩的物體，因此要求機器人多指靈巧手具有很好的柔性。本課題組研究的新型氣動柔性驅動器FPA(Flexible Pneumatic Actuator)

2、結構簡單、動作靈活、功率/重量比大，既是驅動器又是執(zhí)行器，特別適用于安全性和柔順性需求較高的場合，但抓持物體時易產(chǎn)生扭曲變形。本文對FPA進行改進，提出了一種兼顧柔性和剛度的新型氣壓驅動手指，命名為大柔性靈巧手指，主要工作和成果如下：
　　 (1)對大柔性靈巧手指的靜態(tài)模型和基本特性進行了深入研究。通過力矩平衡原理建立手指的靜態(tài)模型，分析了手指結構參數(shù)對彎曲角度的影響；基于氣動系統(tǒng)動力學和熱力學原理，建立手指充放氣過程動態(tài)模型；

3、制作大柔性靈巧手指，搭建實驗平臺，對手指進行靜態(tài)特性測試實驗。
　　 (2)提出了大柔性靈巧手指彎曲角度預測模型。介紹BP神經(jīng)網(wǎng)絡的基本原理、結構和訓練過程，建立了網(wǎng)絡預測模型。通過手指靜態(tài)特性實驗獲取樣本數(shù)據(jù)，對預測模型進行訓練和檢驗。
　　 (3)提出了大柔性靈巧手指運動學模型。分析了手指的運動形式，推導出指尖位姿描述方程；通過修正D-H法建立手指空載運動學模型并計算雅可比矩陣；提出了手指接觸幾何約束條件，建立多點接

4、觸運動學模型；搭建實驗平臺，驗證手指運動學模型。
　　 (4)提出了大柔性三指手爪和大柔性軟手的結構設計方案。研究了靈巧手的關節(jié)數(shù)目、截面結構以及手指數(shù)日的選取條件，介紹了大柔性三指手爪的工作原理，建立爪指指端的運動學模型并進行運動和抓持仿真；設計了大柔性軟手，推導出軟手指端運動學方程，建立其包絡抓持模型并進行運動仿真。
　　 本文研究的大柔性靈巧手指柔順性好，制造容易，控制簡單，具備純柔性氣動手指所不具有的剛性，在醫(yī)療