收稿日期：!""#$"%$!%
作者简介：刘世廉（%&’()），男，河北沧州人，工程师，硕士研究生，主要研究方向为智能机器人系统；周华平，男，副教授，博士；马宏
绪，男，教授，博士。
控制工程!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
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一种新型仿人多指机械手的简易实现
刘世廉，周华平，马宏绪
（国防科技大学机电工程与自动化学院，湖南长沙
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摘要：简要介绍了几种典型手爪机构的结构及设计特点，然后从仿生学的角度，模
仿人手的功能、结构，提出了一种仿人型多指机械手机构简易实现的设计。并从结构设计、建模及控制系统的实现等方面给出了较详尽的阐述。最后，运用76-/6?对手指模型和腱传动系统模型进行了仿真。对于机构进行的实验证明，由于该设计采用了“欠驱动”的简化结构方式，因此减轻了质量、降低了能耗及制作成本，同时，对手指的建模、控制也变得更为容易，大大提高了操作的适应性。关键词：仿生学；仿人多指机械手；欠驱动；简易实现
中图分类号：@A !(%
文献标识码：B !引言机器人手爪机构直接作用于工作对象，机器人要完成的各种操作，最终必须通过手爪来得以实现；同时，手爪的结构、质量、尺寸对于机器人整体的运动学、动力学性能以及使用也有着直接、显著的影响。机器人整体水平的高低好坏，最终能否正常按照人们的意图去工作，还要看其末端执行机构。因此，手爪机构是仿人机器人设计中一个重要环节。
在目前的多指机器人手爪机构中，比较典型的有美国C-65D 7E FE @E 设计的由(自由度的三指和(自由度的一个大拇指组成的手爪机构，大拇指朝三指运动，手由气动操作的“腱”及其所驱动的活动连杆、低摩擦滑轮构成。贝尔格莱德手指（G3/1.6H3I6,H ）则是由直流电机通过涡轮、涡杆
带动驱动杠杆，都能操作处理较精细的物体，相应地，其结构也都比较复杂。北京航空航天大学研制的三指&自由度多指机器人手爪机构在紧凑、灵活、实用等方面更进了一步。人手是人类经过世世代代的劳动演变进化而成，其小巧紧凑的结构、灵活稳定的抓取操作功能，应该是研究机器人手爪的理想模型和目标。因此，如何分析并选取合理的简化结构和运作方式，采用何种表现形式才能既有利于功能的实现，又不影响控制的方便，便成为需要首先要解决的任务。
"仿人型多指机械手的设计
机器人手部的结构和设计，对机器人的性能
和使用有着直接的影响。基于对常用手部形式的归类和典型结构的分析，从仿生和美学的角度出发，做了一些对特定手部的设计有帮助、有利于实现手部设计模块化和标准化的尝试及探索。%）基本思想机器人简易手指的设计，
坚持美观实用的原则。从仿生学的角度，仿照人类手指的结构、特点和功能进行设计，使其具有灵巧、美观、通用性、实用性强的特点。因此，手指设计力求结构紧凑，质量轻便。
在材料上，选用轻便坚固的合金钣材；手指在结构上采用三关节，由钢丝绳拉动，模仿人类手指的外型和运动特点。
整个手部结构外形如图%所示，其驱动电机和控制器均内置在手掌之中。
图!手掌结构图
!
）系统设计原理
万方数据