欠驱动假手手指抓取力的研究

残疾人假手的仿人和欠驱动机构研究第24卷第9期2007年9月机械设计JOURNALOFMACHINEDESIGNV ol_24No.9Sep.2007残疾人假手的仿人和欠驱动机构研究俞昌东,姜力,黄海,史士才(哈尔滨工业大学机器人研究所,黑龙江哈尔滨150001)摘要:根据欠驱动和耦合原理研制出了仿人型残疾人假手,该手结构简单,质量轻,高度集成化.与成年人手的大小相仿,用Matlab软件优化设计了手指各杆件参数,同时进行了运动学分析.该假手对不同物体抓取具有自适应性,能进行力量抓取和精确抓取.关键词:仿人型假手;欠驱动;耦合;自适应性中图分类号:TP24文献标识码:A文章编号:1001—2354(2007)09—0044—03仿人型残疾人假手是在灵巧手的基础上发展起来的.20世纪90年代以来,具有精确抓取和操作的智能灵巧手相继出现,像NASA仿人灵巧手,DLR仿人灵巧手,这类手以空间操作为背景,具有多种感知功能,智能程度高,系统复杂.在此基础上,质量轻,结构简单,多手指的人形手,如Southampton手,TBM手,O'ITOBOCK手一等,也相继面世.该类手在外形和质量方面具有很好的拟人化特征,但是一般只有一个自由度,缺乏必要的感知功能,其操作水平与人手相距甚远.针对自由度和驱动器数量,质量和灵活性之间的矛盾.人们提出欠驱动原理.欠驱动是指机构中的驱动器数少于机构自由度数.这种机构具有形状白适应能力,当欠驱动手指抓握物体时,能完全包络物体,适应物体形状.根据欠驱动和耦合原理,研制了一种结构简单.质量轻,能白适应抓取的仿人型残疾人假手. 该手在外观,运动形式等方面进行了仿人化设计.仿人型假手的结构1.1仿人型假手的整体结构和包装所研制的欠驱动耦合假手共有5个手指组成,每个手指3个关节.共15个活动关节,三维模型如图1所示.其尺寸与成年人手相近,总质量为500g.整个手由3个电机驱动,拇指,食指和中指各用一个电机,无名指和小指由中指电机带动,该3 指在水平方向倾斜5.放置,如图1所示,与人手更加接近.假手机构本体外佩带上人造皮肤制成的手套.外观上非常接近人的自然手.图2为假手包装后的外观.图1假手三维模型图图2包装的假手外观图1.2假手手指结构假手共由5个手指组成,除大拇指外,其余4指结构相同(食指和中指有电机和减速器),都采用欠驱动和耦合的原理设计的.手指由3个指节组成:近指节,中指节和远指节,如图3所示.近指节和中指节之间应用欠驱动原理,两者之间有一扭簧,保证手指各指节自然伸直.通过对人手的观察和研究发现,自然手手指运动时,中指节和远指节是耦合的,为了更好模仿人手的形态,中指节和远指节通过耦合连杆实现近似为1:1 的耦合运动.手指抓握物体时,在近指节接触物体之前和接触物体后,近指节传递给中指节的力克服不了扭簧的力,末端两指节和近指节就一直保持伸直状态,手指以单刚体绕基关节轴MENGZhao-ming.TANGRen-gang,ZHAOHai-xia, ZHAOHong-bin(1.schoolofElectro—MechanicalEngineering,QingdaoUni—versityofScienceandTechnology,Qingdao266061,China;2. QingdaoBranchSchool,InstituteofNavyAviationEngineering,Qingdao266041,China)Abstract:Thelargertheinstantaneoustransmissionangleisin thecrank—slidermechanismthebetteritsmovingperformanceis. Thelargerthespeedratiocoefficientoftravelandthestrongerthe quickreturncharacteristicsintheunidirectionaloperatedcrank..sli.. dermechanismarethehigheritsworkingefficiencyis.Adoptingthe differentialmethod.takingtheallowableminimumtransmissionan—gle[]ofthemechanismasthe~undationofdesignandusingthe travelspeedratiocoefficientofmechanismasthefunction,thedif- ferentiationandsimultaneityweremadeonthedesigningvariables, andthefunctionalexpressionofmaximumtravelspeedratiocoeffi—cientkthatcouldbeachievedbythemechanismwasderived. ThefunctionalcurveswereprotractedandtheresultWasobtained thatthemaximumtravelspeedratiocoefficientk…isonlyrelatedto theallowabletransmissionangle[T]anddecreasesalongwiththeincreaseof[].Keywords:travelspeedratiocoefficient;quickreturnchar—acteristics;minimumtransmissionangle;crank—slidermechanismFig3Tab3Ref4"JixieSheji"6693收稿Et期:2007—02—08;修订日期:2007—06—18基金项目:国家自然科学基金重点资助项目(50435040)作者简介:俞昌东(1983一),男,安徽六安人,哈尔滨工业大学机器人研究所硕士研究生,研究方向:仿人型残疾人假手.2007年9月俞昌东,等:残疾人假手的仿人和欠驱动机构研究45旋转.当近指节和物体接触后,近指节不能向前旋转时,推杆克服扭簧的力,把运动传递到中指节,中指节和远指节耦合运动,从而实现对物体的抓取,包络,如图4所示.手指各指节尺寸和人手食指尺寸相似:食指和无名指尺寸一致,分别为38mm,27mm,20.5mm;中指为45mm,27mm,20.5mm;小指为32mm,23mm,20.5mm.撒杆图34指结构图图4欠驱动耦合原理手指抓取包络图1.3大拇指的设计如图5所示,大拇指和其他手指一样,由3个指节组成,也是采用欠驱动和耦合原理.努力保证大拇指的外观和运动形式与人手相似,而且又尽量不影响其对物体抓握和捏拿的功能,在大拇指的连杆机构上,通过球铰链实现了拇指在空间呈锥面的运动,并保证了其欠驱动运动在空间上的实现,拇指的运动空间为70.的空间轨迹,见图6.基图5拇指结构图图6拇指运动轨迹1.43指联动机构设计中指,无名指和小指共用一个电机,由一根轴传递运动和转矩.电机安放在中指的后面,经配套的减速器减速,再由锥齿轮改变方向,带动三指轴,三指轴为削边轴,由3个弹簧支架配合,从而弹簧支架随3指轴旋转,如图7所示.以小指为例介绍传动过程,如图8所示:三指轴带动弹簧支架旋转,弹簧支架和传感器之间固定一个扭簧,用挡销2保证扭簧始终有一定的预紧角,从而弹簧支架和传感器之间有一定的预紧力(其大小根据设计需要而定),从而手指具有一定的刚度,不会前后松动和颤动.同时,扭簧具有一定范围的工作扭转角,从而使手指具有一定的柔性,在3指联动过程中,这个柔性是非常重要的.因为3指在抓握不规则物体时,往往是其中某一个手指先对物体完成包络,而其他手指还没有完成完全包络,这时就需要手指的柔性.以小指先包络为例,这时电机仍然带动三指轴向前旋转,而小指各指节不能再向前运动,推杆和传感器不能再动,这样扭簧会进一步被压缩,直至其他手指完成包络.由中指销动‰薪箱学销蓥雾茎三一刚,,三丽—电路板图8小指传动示意图无名指和小指的设计是完全一样的,中指也是这个原理,只是由于空间限制,弹簧支架和扭簧的安放位置有所不同,如图7所示.2运动学分析手指采用欠驱动和耦合的原理设计,其近指节就是一个4杆机构,分析4杆机构,就可以知道近指节和中指节的运动关系,远指节和中指节耦合的运动,分析两者比例关系,从而就知道3个指节间的运动关系.如图9所示,在4杆机构中,各杆所构成的矢量封闭方程为:l1+c=n+西整理化简,得:Asin03+Bcos=C所以:=arcc.s[BC-~/A422(A+2日+2B2-C2)J]LA+JA=2acsin口1,B=2c(aco$一l1)c=b一a一c一l+2al1Co8口1在设计中,取f1=38mm,a=8mm,b=37.9367mm,c=4.5mm.从而知道和0的关系,其速度比近似为1.9:1.图94杆机构简图中指节和远指节为耦合运动,结构如图10所示,f为主动杆,f:为中间杆传动件,为从动杆,f为机架.在传动过程中,机械设计第24卷第9期主动件第二指节带动第三指节进行耦合传动.设主动件为2,2 通过连杆f]推动杆2同方向运动,则2相当于第二指节,2相当于第三指节.由此组成一个4连杆机构.在手指的运动过程中, 手指末端耦合运动的两个指节转向一致,即角ol(主动旋转角/_BAD)和角(耦合,被动旋转角CBA)旋转方向一致,且转过的角度尽可能地相等,当ol增加90.时,相应的角也增加大约90..确定各杆的长度及初始角度,使角ol和角口转过的角度之差最小,近似实现1:1传动.模仿人手大小的要求及结构尺寸限制首先确定指节长度,因此,在参数确定的过程中,首先可以确定的是2.和2.为实现近似1:1传动,选择2=2.至此,4连杆机构中需要确定的参数只有角和角的初始值ol.和风.从而可计算得连杆f]的一系列长度值.rD图lo耦合连杆筒图f]=(cto,卢0)lAc=磋+l一2l2llc0sCA…sjn()/CAD=CAB+Ctol3=瑶+zjc一214l^cc0s(/CAD)式中:(0,卢0)∈R在设计连杆的过程中,以主动杆转过的角度和从动杆转过的角度差占为主要参考指标.要求当主动角从初始角度开始, 在0.一90.的运动范围内,占的统计值(均值E(8),方差0(8))最小.E(6)=∑/nD(6)=∑[一E(]2/n式中:n——主动角n在运动区间内采样点的个数.在假手耦合连杆的传动过程中,可以建立如下各个参数之间的关系,公式如下:=BAD,口=CBAzD=+一2l4zlCOSn/CBD…ccos()CBA=CBD一ABD6=.(n,n0,卢0)=(n0一n)一(卢一卢0)经过Matlab仿真计算,得出以下一组最优参数2.=27mm,22=24=4.5mm,=25.8209mm.3假手的传感器和控制系统为了提高假手的智能化水平,必要的传感器是不可空缺的.采用了力矩传感器,为控制系统提供力信号.假手控制系统硬件采用TMS320F2812DSP为核心,结合专用可编程步进电机控制器和大电流可细分步进电机驱动,利用DSP丰富外设功能完成了一个可以同时控制和驱动3个步进电机,适时对传感器信号采样,肌电信号(EMG)数据采集及处理.再an~脑电信号的和语音信号的控制,该手的智能化程度大大提高.这些硬件结构全部集成在手掌里,整个假手高度集成化.4结束语采用欠驱动和耦合机构设计了仿人型残疾人假手,利用Madab等软件设计了杆件的具体参数.该手结构简单,质量轻,高度集成化,可以对不同的物体具有自适应抓取功能,亦可以进行力量抓取和精确抓取.[2][3][4][5][6]参考文献LovchikCS,DifferMA.Therobonauthand:adex~ousrobotic handforspace[C].ProceedingsoftheIEEEInternationalConfer- enceonRoboticsandAutomation,Detroit,Michigan,1999:907—912.LiuH,ButterfassJ,KnochS,eta1.AnewcontrolstrategyforDLR mulfisensoryarticulatedhand[J].IEEEControlSystems,1999,19 (2):47—54.ButterfassJ,GrebensteinM,"uH,eta1.DLR-HandII:Nextgen—erationofadextrousrobothand[C].ProceedingsoftheIEEE ICRA,Seoul,Korea,2001:413—428.ChappellPH,KyberdPJ.Prehensilecontrolofahandprosthesisby amicrocontroller[J].BiomedicalEngineering,1991,13(9):363—369.LightCM.ChappellPH,Developmentofalightweightandadapt- ablemultiple-axishandprosthesis[C].MedicalEngineeringandPhy sics,2000,22:679—684.DechevN,CleghomWL,NaumarmS.Multiplefinger,passivea daptivegraspprosthetichand[C].MechanismandMachineTheory, 2001.36:1157—1173. Studyontheaperyanddrivelackingmechanismforarti—ficialhandofdisabledpersonYUChang-dong,JLANGLi,HUANGHai,smShi-cai (ResearchInstituteofRobotics,HarbinPolytechnicUniversi—ty,Harbin150001,China)Abstract:Theaperytypedartificialhandofdisabledperson wasdevelopedonthebasisofprinciplesofdrivelackingandCOU? pling.Thestructuresofthishandaresimple,lightweighted,high—lyintegratedandsimilartothehandsizeofanadult.Parametersof eachbarmemberoffingersweredesignedoptimallybytheuseofMadabsoftware.andthedynamicsanalysiswascarriedoutatthe sametime.Thisartificialhandhasself-adaptabilityonthegrabbing ofdifferentobjects,andcouldconductbothforcegrabbingandpre—cisiongrabbing.Keywords:Aperytypedartificialhand;drivelacking;COU—piing;self-adaptabilityFig10Tab0.Ref6"JixieSheji"7111。

欠驱动手指原理哎呀，说起来欠驱动手指原理，这事儿可真不是一两句能说清楚的。

你瞧，这玩意儿就像是你手里拿着一把螺丝刀，但只有一把，却要拧紧好几个不同型号的螺丝。

这听起来是不是挺头疼的？但这就是欠驱动系统的魅力所在，简单又高效。

记得有一次，我在朋友家帮忙修理一个老式的收音机。

那玩意儿真是老古董了，按钮都磨得快看不清了。

我拿着螺丝刀，心想这得是个大工程。

结果呢，我发现这收音机的后盖，只需要拧开三个螺丝就能打开。

我当时就乐了，这不就是欠驱动手指原理的活生生例子嘛！我跟你说，这三个螺丝就像是欠驱动系统的精髓，用最少的“驱动”达到最大的“效果”。

我小心翼翼地拧开每一个螺丝，每一个都像是解开一个谜题。

第一个螺丝，紧得很，我得使劲儿转，感觉像是在和时间较劲；第二个螺丝，松松垮垮，轻轻一拧就下来了，让我有点措手不及；最后一个，卡在中间，不紧不松，就像是生活中的那些小挑战，需要恰到好处的努力。

打开收音机后盖的那一刻，我仿佛打开了新世界的大门。

里面那些复杂的线路和零件，就像是精密的宇宙，每个部件都在自己的位置上发挥着作用。

我一边修理，一边想象着这些零件是如何协同工作的，这种感觉真是太神奇了。

修理过程中，我发现了一个松动的电线，这就是收音机发出噪音的原因。

我小心翼翼地把它固定好，就像是在给一个老朋友治病。

当我把所有的螺丝都拧回去，收音机重新发出清晰的声音时，那种成就感，真是难以言表。

你看，欠驱动手指原理不仅仅是一个技术概念，它其实就在我们的日常生活中。

就像我用一把螺丝刀，解决了一个看似复杂的问题。

这不仅仅是关于效率，更是一种生活的智慧，用最少的资源，达到最好的效果。

所以，下次当你遇到问题，不妨想想欠驱动手指原理，也许答案就在那“最少的驱动”之中。

就像我修收音机一样，有时候，简单的事情，也能带来大大的快乐。

欠驱动拟人手的设计及抓握操作理论与方法研究人体解剖学和肌骨系统运动功能学研究表明,虽然人手具有众多的活动关节,然而关节之间存在固有的协同运动特性。

如何用工程科学的方法复现人手运动规律是当前机器人学研究的难题之一。

本文围绕欠驱动拟人手的设计、功能评价等问题开展系统深入的研究。

主要创新性研究工作如下:人手高维运动功能的机械重构方法。

采集人手的日常抓握运动数据,并分析了人手的运动特征。

人手运动数据的分析结果表明,手指内关节间存在主次运动机制,拇指与其余四指运动关联性差,其余四指的运动存在显著的协同特征。

根据人手指的主次运动分治规律,提出了复现人手指主次运动的机械设计原理。

基于提出的设计原理,设计并制造了机械传动系统内置的欠驱动拟人手样机。

该拟人手只需4个电机驱动16个关节,能够复现人手自然的抓握功能。

抓握实验结果证实了提出的拟人手设计方法的有效性。

欠驱动机构的机械自适应特性定量评价。

欠驱动机构具有独特的机械自适应特性而被广泛使用,然而尚缺乏对机械自适应性的定量评价方法。

针对这一问题,定义了描述机械自适应性的度量指标,从效果和代价两方面对机械自适应特性进行定量评价。

通过分析欠驱动机械手实施典型抓取行为过程中运动与力的演化过程,揭示了欠驱动机构机械自适应特性的外在条件和内在成因。

利用提出的评价指标,分析比较了拟人手的三种典型柔性欠驱动拟人手机构的机械自适应能力,结果表明采用主次运动分治原理设计的关节间柔性耦合机构具有最优的形状自适应能力。

自适应包络抓握的欠驱动机构参数设计方法。

通过对欠驱动抓握过程分析研究,发现了欠驱动手抓握过程中存在运动收敛的行为,揭示了机构参数对欠驱动手抓握行为特点的影响规律。

提出了基于抓握过程的欠驱动机构参数分步设计方法,解决了欠驱动手指在自适应抓握过程中难以施加足够大抓握力的难题,为避免手指自适应抓握过程中发生挤出行为提供了有效的解决方法。

实验结果验证了分析和设计方法的有效性。

欠驱动拟人手灵巧操作能力的分析评价方法。

Development of Three-Fingered Dexterous Hand Driven by Gear-TendonMechanismAbstractWith the rapid development of robot technology, its application area is becoming more and more widely. The end effectors are key components of robot in interaction with the environment. The improvement of robot intelligent level and working ability is largely depended on the flexibility and reliability of its end executor. Therefore, in order to improve its flexibility, it is very significant to study the robot end executor. Generally, the robot end executor is divided into two kinds, one is the end gripper commonly used in the industrial robot, which has simple structure and can only achieve a single action. Another is the multi-fingered dexterous hand with more freedom and joints. Imitating the function of a human hand, it can grab a variety of objects with complex shape flexibly and operate finely. It can be applied to assistive devices and tasks in danger ous environment for liberating human’s hands. It greatly expanded the application field of robot end executors, so it has wide development prospects. This paper developed a three-fingered dexterous hand driven by gear-tendon, based on a construction project of "I ntelligent Service Robot Technology and Equipment Engineering Laboratory of Dalian". The major contents are as follows:Based on the basic function and anatomical structure of human hands, a three-fingered dexterous hand driven by gear-tendon is designed. A new type of spring - slider mechanism realized the under actuated finger in a good way. The passing way of double tendon rope effectively implemented the fingers’ open and close. The three figures are just the same in modular design. Right triangle structure is used in the installation position can be realized to knead and envelope grab target movement. Then, the control system of the dexterous hand was designed, and an experimental platform was built, which provides the basis for the following research.In this paper, a workspace analysis method of single finger based on inverse kinematics was proposed. The method is only to solve the inverse kinematics of two degrees of freedom joints, and on this basis to analyze the working space of the third joint. Compared to the traditional method based on the forward kinematics, this method has small amount of mathematical calculation and good application value. Based on V-REP robot simulation software, the working space simulation of the humanoid three fingers dexterous hand in the positive kinematics solution has been carried on. And the simulation results has been analyzed, pointing out the shortage of the existing principle prototype.- III -Based on the experimental prototype of three fingers humanoid dexterous hand, an experiment of fingers compliant ability under the non-work condition had been carried on, and verified the self-protection ability of the dexterous hand. Experiments of single finger control has been conducted, including the speed and position control, to determine the appropriate grab speed and control mode. Snatching different shapes of objects, including pinch and envelope grab, to verify the grasping performance of the dexterous hand, and the result of the experiment has been analyzed. Aiming at the existing problem of dexterous hand mechanism, parameters optimization of pulley drive system has been designed. The results show that the prototype transmission mechanism was simplified and the transfer efficiency was improved.Based on the experimental prototype of three fingers humanoid dexterous hand, after the analysis and determination of the dexterous hand control system architecture, the integrated design of the control system was projected. Firstly, the hardware of the integrated control system was designed, including the main control module STM32F103C8T6, driver module of electric motor DRV10970 and so on. The size of the PCB panel was only 50mm×70mm, which was similar with an adult palm. And then, the software of the integrated control system was programmed. According to each motor in the finger knuckles, to set the motor movement and combination movements of multiple fingers. Therefore, the feasibility of the prototype structure was verified.Key Words：Humanoid dexterous hand; Gear-tendon underactuated type; Working space; Integrated design- IV -目录摘要 (I)Abstract (III)1 绪论......................................................................................................................... - 1 -1.1 项目背景和研究意义.................................................................................. - 1 -1.1.1 项目背景........................................................................................... - 1 -1.1.2 研究意义........................................................................................... - 1 -1.2 多指灵巧手国内外研究现状...................................................................... - 2 -1.2.1 国外研究现状................................................................................... - 2 -1.2.2 国内研究现状................................................................................... - 8 -1.2.3 多指灵巧手的发展趋势................................................................. - 10 -1.3 论文主要研究内容.................................................................................... - 11 -1.4 本章小结.................................................................................................... - 12 -2 欠驱动三指灵巧手的设计................................................................................... - 13 -2.1 欠驱动三指灵巧手的机械结构设计........................................................ - 13 -2.1.1 灵巧手结构综述............................................................................. - 13 -2.1.2 手指结构设计................................................................................. - 15 -2.1.3 手指驱动系统................................................................................. - 17 -2.1.4 手指欠驱动传递系统..................................................................... - 18 -2.1.5 手掌结构设计................................................................................. - 19 -2.2 零部件加工方式选择................................................................................ - 20 -2.3 控制系统设计............................................................................................ - 21 -2.4 本章小结.................................................................................................... - 22 -3 欠驱动三指灵巧手的运动学分析....................................................................... - 23 -3.1 齐次坐标变换............................................................................................ - 23 -3.2 单指机构运动学分析................................................................................ - 25 -3.2.1 单指机构正运动学分析................................................................. - 26 -3.2.2 一种基于逆运动学的单指工作空间分析方法............................. - 28 -3.3 基于V-REP的三指灵巧手工作空间仿真 .............................................. - 30 -3.3.1 V-REP机器人仿真软件简介 ........................................................ - 30 -3.3.2 基于运动学正解的三指灵巧手工作空间仿真............................. - 32 -3.3.3 仿真结果分析................................................................................. - 33 -- V -3.4 本章小结.................................................................................................... - 33 -4 欠驱动三指灵巧手的样机实验及优化............................................................... - 35 -4.1 非工作条件下的手指顺从能力实验........................................................ - 35 -4.2 单手指的控制实验.................................................................................... - 36 -4.2.1 单手指的速度控制实验................................................................. - 36 -4.2.1 单手指的位置控制实验................................................................. - 38 -4.3 三指灵巧手的抓取实验及分析................................................................ - 39 -4.4 实验样机优化设计.................................................................................... - 41 -4.5 本章小结.................................................................................................... - 44 -5 欠驱动三指灵巧手控制系统集成化设计........................................................... - 45 -5.1 三指灵巧手集成控制系统概述................................................................ - 45 -5.2 三指灵巧手集成控制系统硬件设计........................................................ - 46 -5.2.1 主控制模块STM32F103C8T6 ...................................................... - 47 -5.2.2 电机驱动模块DRV10970 ............................................................. - 50 -5.2.3 控制系统电源................................................................................. - 51 -5.2.4 通讯模块......................................................................................... - 51 -5.3 三指灵巧手集成控制系统软件设计........................................................ - 52 -5.4 本章小结.................................................................................................... - 54 -结论..................................................................................................................... - 55 -参考文献............................................................................................................... - 57 -攻读硕士学位期间发表学术论文情况..................................................................... - 60 -致谢..................................................................................................................... - 61 -................................................................. - 62 -- VI -1 绪论1.1 项目背景和研究意义1.1.1 项目背景机器人是一种高技术产业，人类智慧的结晶，具备根据人类意愿执行特点任务的能力，随着科技的发展，逐渐具有自主解决实际问题的特点，且功能日趋成熟。

新型欠驱动机器人手爪的设计与性能分析研究摘要：本文针对目前机器人手爪在欠驱动方面存在的问题，提出了一种新型的欠驱动机器人手爪设计，并对其性能进行了分析研究。

实验结果表明，该手爪在实际应用中具有较高的精度和稳定性，能够满足多种物体抓取任务的需求。

1. 引言机器人手爪作为机器人执行任务的重要组成部分，其设计和性能直接关系到机器人的抓取能力。

目前的机器人手爪多采用驱动器驱动方式，但这种方式存在着一些问题，如复杂的结构、高能耗、较低的抓取精度等。

因此，研究一种新型的欠驱动机器人手爪具有重要意义。

2. 设计原理新型欠驱动机器人手爪的设计基于弹簧驱动原理，通过将弹簧与机械结构相结合，实现手爪的自适应抓取。

手爪的开合动作由弹簧的压缩和释放控制，通过调整弹簧的初始压力可以实现不同力度的抓取。

3. 结构设计新型手爪采用了一种简化的结构设计，由两个对称的爪状部件组成，通过一个中央轴连接，实现手爪的开合动作。

爪状部件由柔性材料制成，能够适应不同形状的物体进行抓取。

4. 控制系统手爪的控制系统主要由弹簧的压缩和释放控制组成。

通过控制弹簧的压力大小和释放速度，可以实现手爪的精确抓取。

控制系统采用了先进的传感器技术，能够实时监测抓取力度和物体形状，从而提高抓取的准确性。

5. 性能分析通过实验对新型手爪的性能进行了分析。

实验结果表明，该手爪在多种物体抓取任务中具有较高的精度和稳定性。

与传统驱动器驱动方式相比，新型手爪具有更低的能耗，并且能够适应不同形状和大小的物体，具有更广泛的应用前景。

6. 结论本文设计了一种新型的欠驱动机器人手爪，并对其性能进行了分析研究。

实验结果表明，该手爪在实际应用中具有较高的精度和稳定性，能够满足多种物体抓取任务的需求。

未来的研究可以进一步优化手爪的设计和控制系统，提高其性能和适应性。

欠驱动四指灵巧手的抓持运动规划与控制摘要：随着机器人技术的发展，机械手的灵巧性和智能化水平不断提高，但在抓持运动规划与控制方面仍然存在一些挑战。

本文主要研究欠驱动四指灵巧手的抓持运动规划与控制方法，通过对手指运动学建模和灵巧手的控制算法设计，实现对物体的精准抓取。

引言：机器人抓取技术是机器人领域的重要研究方向之一。

传统的机械手在抓取物体时需要全部手指同时运动，但这种方式在抓取不规则形状或者变形物体时存在困难。

欠驱动机械手则能够通过少量的自由度实现复杂的抓取动作，因此成为了研究的热点。

手指运动学建模：首先，需要对欠驱动四指灵巧手的运动学进行建模。

根据手指的几何特征和运动约束，可以建立手指的运动学方程。

通过对运动学方程进行求解，可以得到手指的关节角度和末端执行器的位姿。

抓持运动规划：在得到手指的关节角度和末端执行器的位姿之后，需要进行抓持运动规划。

根据物体的形状和位置，可以通过逆运动学方法计算出手指的目标位置和姿态。

同时，考虑到物体的稳定性，需要优化手指的运动轨迹，使得手指能够稳定地抓取物体。

控制算法设计：在抓持运动规划的基础上，需要设计相应的控制算法。

通过对手指的关节角度进行控制，可以实现对手指的灵活运动。

同时，需要考虑到手指的力和力矩控制，以保证抓取物体的稳定性和安全性。

实验与结果：通过对欠驱动四指灵巧手的抓持运动规划与控制方法进行实验验证，可以得到可行的抓取方案。

实验结果表明，该方法能够实现对不规则形状或者变形物体的精准抓取，并具有较好的稳定性和灵活性。

结论：本文研究了欠驱动四指灵巧手的抓持运动规划与控制方法。

通过手指运动学建模和灵巧手的控制算法设计，实现了对物体的精准抓取。

该方法在工业自动化、物流领域等具有重要的应用价值，为机器人抓取技术的进一步发展提供了一定的参考和借鉴。

未来，可以进一步优化算法，提高抓取的稳定性和适应性，以满足更多实际应用需求。

摘要假手作为康复医学工程的重要内容和组成部分，是使残疾人康复、回归社会的重要手段。

因此，如何设计外形和功能都高度仿人的假手，并使其能够对不同被抓物体都具有高度的自适应性能力，一直是假手研究领域的重点。

本文结合国家“973”计划的主题项目课题“操作感知一体化灵巧假肢设计制造与性能评估”研制驱动数目少，灵活性高，价格低廉、操作可靠、控制简单，且具有高度仿人外观和运动形式的欠驱动假手，使其满足截肢患者的生活、心理需要。

本课题的设计重点主要集中在如何根据人手功能运动谱的指导，设计出驱动数少、灵活性高、控制简单、输出力大和成本低的欠驱动假手。

HIT-VI手的假手样机由五个手指、一套协同机构、三套电机齿轮箱传动系统和一个手掌安装版组成。

每个手指具有3个指节和3个旋转关节，具有2个自由度。

协同机构为假手的核心组成部分，包括了一套协同连杆机构和三个直线导轨组成，由两个电机协同驱动，手指之间具有一定的协同运动关系，又因为协同连杆中间具有一个柔性回转关节，使得协同连杆机构具有很强的自适应抓握能力。

由于手掌中的结构布局形式，协同连杆的三个输出点具有位置限制，柔性回转关节结合位置的限制，使得假手协同机构能够灵活的完成丰富的假手指示动作以及自适应抓取动作。

人手的手指运动模式是连续的，即在遇到物体之前手指关节间耦合联动。

因此，HIT-VI欠驱动假手的手指设计为具有耦合和欠驱动双重特点，手指在自由空间运动时，手指关节间间成比例联动，当某一个指节首先接触物体以后，下一级指节将继续转动，从而完成对被操作物体的自适应抓取。

文中的第二部分给出了欠驱动假手的设计指标和传动系统方案，第三部分详述了HIT-VI假手指间协同机构的设计理念与思想及其详细设计方法。

第四部分设计了一种耦合-欠驱动自适应手指，文中在最后一部分通过实验的方式验证了耦合-欠驱动手指的拟人性和自适应性，验证了假手的灵巧性和自适应抓取能力。

关键词：欠驱动，假手，协同，自适应AbstractAs an important element of the rehabilitation medicine project, prosthetic hand is an important means to achieve the rehabilitation of the disabled or social regression. Therefore, how to design a prosthetic hand which is highly humanoid in form and function, and with highly adaptive capabilities for different objects,has been the focus of this research area. Base on the national 973 program whose topic is “design, manufacturing and performance evaluation of an intergrated smart prosthetic hand with operation perception”,an underactuated prosthestic hand with less drive number, high flexibility, low cost, reliable operation simple control, highly humanoid appearance and movement form is developed, which can meet the life and psychological requirement of amputees.The design focus of this paper is focused on how to design the underactuated prosthetic hand with less drive number, high flexibility, simple control, big output force and low cost under the guidance of sports spectrum, HIT-VI prosthetic hand prototype consists of five fingers, a cooperative mechanism, three drive system and a plam mounting plate. Each finger has three knuckles and three rotary joints, with two degrees of freedom. As the core component of a prosthetic hand, the cooperative mechanism includes a cooperative link mechanism and three linear guide rails. It is driven by two motors, with a cooperative motion between the fingers. Besides, there is a flexible rotatry joint between cooperative links, so the cooperative link mechanism has a strong synergistic adaptive gripping ability. Since the structure and layout form of the palm, three output points of collaborative links have position limits. Combined with the position limit, flexible rotary joints can make the cooperative mechanism complete extensive prosthetic hand pointing operation and adaptive grasping action.The movement pattern of fingers is continuous. The coordination proportinal relationship exists between finger joints before encountering an object. Thus, the design of underactuated prosthetic hand should fully replicate the actual movement of manpower and achieve the more anthropomorphic effect. The relationship between manpower knuckles must be taken into account while designing. Therefore, the finger of HIT-VI underactuated artificial hand is designed to have both coupling and underactuatedcharacteristics. There exists proportional linkage between joints while finger moving in the free space. After a knuckle contacting with the object, the next level kunckle will continue rotating. The operation of adaptive grasp could be completed in this way.The second part of this paper gives the design specifications and transmission program of the underactuated artificial hand. The third part details the cooperative institutions, ideas and detailed design while designing HIT-VI prosthetic hand fingers. The fourth describes the design of the coupling –underactuated adaptive finger. In the last part of the paper, the personification and adaptability of the coupling-underactuated finger is verified experiments, which prove the dexterity and adaptive ability to grasp.Keywords: Underactuated, Prosthetic hand, Synergic, Adaptive目录摘要 (I)ABSTRACT ............................................................ I I 第1章绪论 . (1)1.1引言 (1)1.2仿人型假手的发展综述 (2)1.3欠驱动假手研究现状 (3)1.3.1 北美的欠驱动假手研究成果 (3)1.3.2 欧盟的欠驱动假手的研究成果 (4)1.3.3 国内的欠驱动假手研究现状 (6)1.4国内外欠驱动假手分析总结 (8)1.5本文的主要研究内容 (10)第2章欠驱动假手总体设计 (11)2.1引言 (11)2.2假手的总体结构 (11)2.3假手的设计指标 (12)2.3.1 假手的结构特性指标 (12)2.3.2 假手的运动特性指标 (12)2.4假手传动系统方案设计 (13)2.4.1 人手解剖学分析 (13)2.4.2 人手运动谱解析 (14)2.4.3 基于人手运动谱的假手传动方案设计 (16)2.5本章小结 (17)第3章欠驱动假手手掌设计 (18)3.1引言 (18)3.2基于人手功能运动谱的指间协同机构设计 (18)3.2.1 指间协同机构的方案设计 (18)3.2.2 指间协同机构的结构设计 (20)3.2.3 指间协同机构的负刚度回转关节设计 (24)3.2.4 指间协同机构的运动学特性 (26)3.3假手的驱动电机和减速系统的设计 (27)3.4假手手掌安装板设计 (28)3.5本章小结 (29)第4章欠驱动假手手指设计 (30)4.1引言 (30)4.2手指的耦合-欠驱动方案设计 (30)4.3手指结构设计 (32)4.3.1 手指总体结构设计 (32)4.3.2 扭转弹簧参数设计 (33)4.3.3 假手手指指节拟人化设计 (34)4.4力矩传感器设计 (34)4.4.1 掌指关节力矩传感器设计 (35)4.4.2 远指节力矩传感器 (36)4.5欠驱动手指的运动学分析 (37)4.6本章小结 (38)第5章欠驱动假手的抓取性能研究 (39)5.1引言 (39)5.2欠驱动假手的运动及抓握实验平台 (39)5.2.1 假手的模型样机 (39)5.2.2 假手的运动控制平台 (40)5.3单个欠驱动手指的运动及抓握实验 (41)5.4欠驱动假手的灵巧性与自适应抓取研究 (44)5.4.1 欠驱动假手的灵巧性分析 (44)5.4.2 欠驱动假手的自适应抓取研究 (45)5.5本章小结 (46)结论 (47)哈尔滨工业大学学位论文原创性声明和使用权限 (48)致谢 (49)参考文献 (50)第1章绪论1.1 引言手是人类赖以生存和劳动的最复杂、最精细的工具，人类可以通过自己的双手与外界环境接触并从环境中取得信息，从而更好的操作环境。

欠驱动多指灵巧手的优化设计研究摘要：欠驱动多指灵巧手是一种具有广阔应用前景的机械手，然而其性能优化设计仍然面临着许多挑战。

本文从机械结构设计、控制算法和感知反馈等方面对欠驱动多指灵巧手的优化设计进行研究，旨在提高其灵活性和精准性，以满足不同领域的需求。

1. 引言欠驱动多指灵巧手是一种具有自由度较低的机械手，其通过合理的机械结构和智能控制算法实现复杂的操作任务。

然而，由于受到自由度限制，欠驱动多指灵巧手在某些特定任务中存在着灵活性和精准性的不足。

因此，对其进行优化设计研究具有重要意义。

2. 机械结构设计欠驱动多指灵巧手的机械结构设计是性能优化的关键。

通过合理设计手指关节的连接方式和长度比例，可以提高手指的运动范围和灵活性。

此外，采用轻量化材料和刚性支撑结构，可以减小机械手的质量和惯性，提高其运动速度和精准度。

3. 控制算法控制算法是实现欠驱动多指灵巧手优化设计的核心。

传统的控制算法往往局限于简单的开环控制或基于反馈控制的PID控制，无法充分发挥欠驱动多指灵巧手的潜力。

因此，采用先进的控制算法，如模糊控制、神经网络控制和自适应控制等，可以提高机械手的动态响应和运动精度。

4. 感知反馈欠驱动多指灵巧手在操作过程中需要准确感知环境和物体的位置和状态。

因此，引入传感器和反馈系统对机械手进行感知反馈是优化设计的重要方向。

通过使用视觉传感器、力/力矩传感器和力触觉传感器等，可以提供准确的感知信息，实时调整机械手的姿态和力量，提高操作的稳定性和精确性。

5. 实验结果与分析通过对欠驱动多指灵巧手进行优化设计，并进行实验验证，可以得出以下结论：优化设计可以显著提高机械手的灵活性和精准性，使其在复杂操作任务中表现出更好的性能。

同时，不同领域的应用需求对优化设计提出了不同的要求，需要根据具体需求进行定制设计。

6. 结论本文对欠驱动多指灵巧手的优化设计进行了研究，从机械结构设计、控制算法和感知反馈等方面提出了优化方案。

实验结果表明，优化设计可以提高机械手的灵活性和精准性，满足不同领域的需求。

毕业设计（论文）题目形状自适应欠驱动机器人手爪的设计与分析专业机械设计制造及其自动化学号学生指导教师答辩日期哈尔滨工业大学本科毕业设计(论文)摘要随着科学技术的发展，工业机器人领域的自动化程度越来越高，机器人在工业自动化中的应用也愈加普遍。

目前，传统工业机器人的末端夹持装置存在着灵活性差，抓取精度低，稳定性、可靠性和通用性差，没有可靠的输出力控制，无法达到FMS生产线上对于灵活和精细操作的要求。

为此，本文根据国内外的新型欠驱动机构的研究现状，结合本课题的具体要求，对具有形状自适应的欠驱动机器人手爪进行了设计与分析。

首先，根据国内外研究现状的分析与综述，结合本课题具体要求，采用人手仿生学和欠驱动理论设计了与成年人手形状相似大小相仿的单根手指3自由度的五指机器人手，由6个电机驱动。

其次，采用多连杆传动，刚度好、出力大、负载能力强。

手指结构简单，重量轻，具有形状自适应性。

再次，根据虚功原理，借助于Ansys和Adams软件，实现对手指的静力学分析、运动学分析、动力学分析、仿真和优化设计，再结合工程实践中的经验设计对手指进行二次优化。

最后，通过仿真，二次优化后的欠驱动机器人手能够实现对于球形、圆柱形以及不规则形状的物体可靠的包络抓取。

关键词：仿人机器人手；欠驱动；静力学分析；运动学分析；动力学分析；仿真优化设计I哈尔滨工业大学本科毕业设计(论文)各位如果需要此设计的全套内容（包括二维图纸、中英文翻译、完整版论文、程序、答辩PPT）可加QQ695939903，如果需要代做也请加上述QQ,代做免费讲解。

II哈尔滨工业大学本科毕业设计(论文)AbstractWith the development of science and technology ,the degree of automation in the field of industrial robots become higher and higher and the application of robot in ind- ustrial automation has become more and more widespread .At present ,the clamping device of traditional industrial robot has such disadvantages like inflexibility ,low gra- sping accuracy ,poor stability、reliability、versatility and there is no reliable output force .The requirements of flexible and accurate operation can not be achieved in the production line of FMS because of these drawbacks. in this paper ,a new shape self- adaptive underactuated robotic hand is designed and analysed according to the domestic and abroad research status combined with the specific requirements of this project.Firstly ,according to the analysis and outline of domestic and abroad research sta- tus with the consideration of the requirements of this project ,a human-like five-fingered robotic hand which has three degree-of-freedom on each finger is designed based on bionics of human hand and underactuated theory and it's driven by six motors .Secondly ,multi-bar transmission is adopted with the advantage of better stiffness、larger output force and higher load capacity .With a light weight and shape self-adapt- ation , the underactuated finger has a simple structure .Thirdly , static analysis、kinematic analysis、dynamic analysis、simulation and optimized designing are achieved according to virtual power theory with the help of Ansys and Adams software and quadratic optimization is developed based on the exp- eriences in engineering practice .Lastly , the underactuated robotic hand after quadratic optimization can steadily grasp things that are spherical、cylinderical and irregular shape through simulation. Keywords: underactuated, human-like five-fingered robotic hand, Static analysis，kinematic analysis，dynamic analysis，simulation，optimized designingIII哈尔滨工业大学本科毕业设计(论文)目录摘要 (I)ABSTRACT.................................................................................................................................. I II第 1 章绪论1.1 课题来源和背景 (1)1.2 研究目的和意义 (1)1.3 国内外的研究现状及分析 (2)1.4 主要研究内容 (3)第 2 章机器人仿人手爪的结构设计2.1 引言 (5)2.2 仿生学在手爪设计上的应用 (5)2.2.1 仿生学概述 (5)2.2.2 人手的生理结构特点 (6)2.3 整体结构设计 (7)2.4 食指设计 (8)2.4.1 食指结构设计 (8)2.4.2 食指尺寸设计 (8)2.5 拇指设计 (9)2.6 手指的模块化设计 (10)2.7 手掌设计 (10)2.8 驱动及传动机构的设计 (11)2.8.1 驱动源 (11)2.8.2 传动方式 (12)2.9 本章小结 (12)第 3 章机器人手爪的抓取仿真与分析3.1 引言 (133)3.2 包络抓取的实现 (133)3.3 机器人手爪抓取的静力学分析及优化 (144)3.4 机器人手爪抓取的运动学分析 (201)3.5 机器人手爪抓取的动力学分析 (226)IV哈尔滨工业大学本科毕业设计(论文)3.6 欠驱动手爪整体抓取仿真 (29)3.7 本章小结 (250)第 4 章欠驱动手指的二次优化及其他结构设计4.1 引言 (261)4.2 手指结构的二次优化以及分析 (261)4.3 其他结构 (305)4.3.1 主手掌 (306)4.3.2 副手掌 (316)4.3.3 附件 (316)4.4 连接方式设计 (38)4.4.1 关节之间的连接 (38)4.4.2 附件与手掌的连接 (38)4.4.3 主手掌和副手掌的连接 (38)4.5 整体抓取仿真 (38)4.6 本章小结 (330)结论 (351)参考文献 (362)致谢 (384)V哈尔滨工业大学本科毕业设计(论文)绪论课题来源和背景本课题来源于863计划国家重点项目。

ISSN 1000-0054CN 11-2223/N 清华大学学报(自然科学版)J T singh ua Un iv (Sci &Tech ),2009年第49卷第2期2009,V o l.49,N o.210/38194-197末端强力抓取的欠驱动拟人机器人手张文增,　马献德,　黄源文,　邱　敏,　陈　强(清华大学机械工程系,先进成形制造教育部重点实验室,北京100084)收稿日期:2008-03-24基金项目:清华大学基础研究基金资助项目(JC2007009);国家“八六三”高技术项目(2007AA04Z258)作者简介:张文增(1975—),男(土家),贵州,讲师。

E-mail:w enzeng@tsin 摘　要:为了实现自适应抓取效果、拟人化外观和具有末端强力抓取功能的机器人手,采用带轮传动、弹簧约束和活动套接的中部指段,设计了一种新型欠驱动手指机构。

分析了该手指的强力抓取原理。

由此设计了拟人机器人手——T H-3B 手。

T H-3B 手外观、尺寸和动作模仿人手,有5个独立驱动手指、15个关节自由度、6个驱动电机,模块化程度高,结构紧凑,控制容易,质量小,成本低,对所抓物体的形状、大小自动适应,可以实现末端强力抓取,适用于拟人机器人上。

关键词:机器人技术;拟人机器人手;欠驱动;自适应;末端强力抓取中图分类号:T H 11;T P 24文献标识码:A文章编号:1000-0054(2009)02-0194-04Under -actuated humanoid robot handwith end power graspingZHANG Wenzeng ,MA Xiande ,HUAN G Yu an wen ,Q IU Min ,CHE N Q ian g(K ey Laboratory for Advanced Materials Proces sing Technology of Ministry of Education ,Department of Mechanical Engineering ,T s inghua University ,Beij ing 100084,China )Abstract :An un der-actuated finger m ech anism w as des igned for ad aptive grasping,human-like appearance and en d pow er graspingbased on a combination of belt-pulley transm ission ,spring cons traints an d an active sleeve middle ph alanx.Th e end pow er grasping force is analyzed for a humanoid robot hand (T H-3B hand).Th e hand is similar to th e hum an hand in appearan ce,s ize,an d motion w ith independently driven 5fingers ,15DOFs ,and 6motors.T he han d is high ly modular,compact,easy to control,ligh t-w eight,and inexpen sive.T he hand is capable of end pow er grasping and self-adaptation to the shape and s ize of th e ob ject grasped,w hich makes it suitable for humanoid robots.Key words :robot technology ;humanoid robot h and ;und er-actuation ;s elf-adap tation;end pow er grasping拟人机器人的多数功能要通过手部抓取和操作来实现,具有稳定抓取效果的仿人手部的设计是其关键技术之一。

采摘机器人欠驱动末端抓手设计与分析摘要：农业是国家经济的基础，其中，果蔬产业占据着农业的重要地位。

我国是果蔬的产出大国，果蔬需求量增加使得果蔬产业对劳动力的需求也增加。

在果蔬的生产过程中，最重要的是采摘步骤。

然而，传统的人工采摘模式已经远远不能满足，加上农村劳动力的流失，果蔬业面临着十分严峻的难题。

因此，发展果蔬采摘机器人是十分必要的，不仅能够代替人力劳动，减少用工成本，还能提高采摘效率，对于果蔬产业的发展具有重要意义。

关键词：果蔬采摘；末端抓手；绳传动；欠驱动1.总体方案确定1.1明确抓取目标果蔬的种类繁多，形状大小各不相同，需要所设计的采摘机器人末端抓手具备较佳的适应性。

本课题以苹果和黄瓜这两个最常见的水果和蔬菜为采摘机器人欠驱动末端抓手的夹取目标，通过对它们的几何特性和形状进行分析来得到机器人末端抓手的夹取条件、基本参数、驱动方式和结构形式。

虽然不同品种的西红柿和黄瓜的形状大小和质量不同，但总体来说，苹果类似于球体，黄瓜类似于长圆柱体，其截面都类似圆形。

由表可知，苹果的平均直径为100mm，平均质量为180g；黄瓜的平均直径为45mm，平均质量为145g。

本课题所设计的采摘机器人末端抓手将以苹果和黄瓜直径与质量的平均值为参考。

1.2各类采摘机器人末端执行器比较1.2.1吸入式末端执行器吸入式末端执行器是通过吸盘、吸筒等，采用负压的原理来抓取果实，对果实表皮的损伤较小，响应比较快。

但是，抓持力有限，仅适用于球状的单颗果蔬，如苹果、番茄、草莓等。

1.2.2两指夹持式末端执行器两指夹持式末端执行器通常是采用两片夹板组成夹持机构，对果实进行两个在同一直线、相反方向的夹持力的夹取，稳定夹取后，用切刀将果杆剪切以得到果实。

这种类型的采摘机器人末端执行器可以夹取的果实体积范围较大，但是容易出现夹持力不在质心上，夹持不稳定的情况。

1.2.3指节式仿人手末端执行器指节式仿人手末端执行器是模仿人手的结构，多根手指，多个指节，采用连杆传动或腱绳传动，可以实现欠驱动方式，提高灵活性和简便性，可以对不同形态的物体进行捏取、包络抓取等不同的动作，通用性更强。

图片简介:一种欠驱动式机器人灵巧手手指，属于机器人自动化设备技术领域，解决了现有机器人灵巧手存在的控制系统复杂、制造成本高、手指的力量比较生硬、易抓坏易碎物体等技术问题。

本技术的技术方案为：一种欠驱动式机器人灵巧手手指，其中：包括驱动件、牵引条、远离掌心的第一指节、与第一指节通过转轴Ⅰ连接的第二指节、与第二指节通过转轴Ⅱ连接的第三指节和与第三指节通过转轴Ⅲ连接的基座；所述牵引条一端与驱动件连接，所述牵引条另一端与销轴固定连接。

与现有技术相比，本技术具有结构简单、操作安全、控制方便等优点。

技术要求1.一种欠驱动式机器人灵巧手手指，其特征在于：包括驱动件(6)、牵引条(5)、远离掌心的第一指节(1)、与第一指节(1)通过转轴Ⅰ(7)连接的第二指节(2)、与第二指节(2)通过转轴Ⅱ(8)连接的第三指节(3)和与第三指节(3)通过转轴Ⅲ(9)连接的基座(4)；所述第一指节(1)、第二指节(2)、第三指节(3)和基座(4)的腔体相互连通；所述转轴Ⅰ(7)与第一指节(1)转动连接，转轴Ⅰ(7)与第二指节(2)过盈连接；所述转轴Ⅱ(8)与第二指节(2)转动连接，转轴Ⅱ(8)与第三指节(3)过盈连接；所述转轴Ⅲ(9)与第三指节(3)转动连接，转轴Ⅱ(8)与基座(4)过盈连接；所述第一指节(1)、第二指节(2)、第三指节(3)和基座(4)底部靠近转轴Ⅰ(7)、转轴Ⅱ(8)和转轴Ⅲ(9)的位置处均设置有限位口(10)；所述第一指节(1)内腔远离转轴Ⅰ(7)一端底部设有销轴(11)，所述第一指节(1)内腔下部设有与第一指节(1)腔体底部相平行的限位板Ⅰ(12)，所述第二指节(2)内腔下部设有与第二指节(2)腔体底部相平行的限位板Ⅱ(13)，第三指节(3)内腔下部设有与第三指节(3)腔体底部相平行的限位板Ⅲ(14)，基座(4)内腔下部设有与基座(4)腔体底部相平行的限位板Ⅳ(15)；所述牵引条(5)一端与驱动件(6)连接，所述牵引条(5)另一端依次穿过基座(4)腔体底部与限位板Ⅳ(15)之间的通道、第三指节(3)腔体底部与限位板Ⅲ(14)之间的通道、第二指节(2)腔体底部与限位板Ⅱ(13)之间的通道、第一指节(1)腔体底部与限位板Ⅰ(12)之间的通道后与销轴(11)固定连接；所述转轴Ⅰ(7)、转轴Ⅱ(8)和转轴Ⅲ(9)均设在牵引条(5)上方；所述第一指节(1)、第二指节(2)、第三指节(3)和基座(4)底面中部均设有力传感器(16)，所述转轴Ⅰ(7)、转轴Ⅱ(8)和转轴Ⅲ(9)位置处均安装有编码器。

基于欠驱动机构的机械手的研究的开题报告一、研究背景和意义随着机器人技术的不断发展，机械手已经被广泛应用于工业生产、医疗卫生、军事行业、航天科技等领域。

机械手的多自由度、高精度和高效率已经成为机器人技术的重要代表。

但是对于机械手的研究，仍然存在很多的问题。

例如，机械手的关节数量过多，控制复杂，机械结构重量大、成本高等问题。

而基于欠驱动机构的机械手技术可以很好地解决这些问题，可以将机械手的关节数量降低，减小机械结构重量，降低成本，提高效率。

因此，研究基于欠驱动机构的机械手技术具有非常重要的意义。

首先可以进一步改善机械手的结构，提高其运动的稳定性和可靠性，同时也可以提高机械手的精度和灵活性，适用于更多的场景。

二、研究内容和方法本课题将研究基于欠驱动机构的机械手技术，研究内容具体包括以下方面：1. 欠驱动机构的原理和分类：对欠驱动机构进行分类和介绍，详细探讨其原理和特点，了解不同欠驱动机构的优缺点。

2. 机械手的设计和分析：采用Solidworks等建模软件设计和分析欠驱动机构的机械结构，探讨不同结构的优劣。

3. 控制系统的设计和实现：设计机械手的控制系统，包括硬件和软件，实现机械手的运动控制。

研究方法主要包括文献研究、模型建立、仿真分析和实验验证，逐步实现机械手的设计、优化和控制。

三、预期成果本课题将研究基于欠驱动机构的机械手技术，预期的研究成果主要包括：1. 基于欠驱动机构的机械手的设计和分析：提出一些新型的机械结构，降低机械手的关节数量，提高机械手的灵活性和精度。

2. 控制系统的设计和实现：设计机械手的控制系统，包括硬件和软件，实现机械手的运动控制。

3. 实验结果的验证：通过实验测试，验证机械手设计和控制系统的性能，实现机械手的稳定运动和高精度操作。

四、进度安排本次研究计划在3年内完成，安排如下：第一年：文献研究、欠驱动机构的原理和分类、机械手结构的设计和分析。

第二年：机械手控制系统的设计和实现、仿真分析。

《欠驱动象鼻机器人抓取理论分析及实验研究》一、引言随着机器人技术的不断发展，欠驱动机器人因其结构简单、成本低廉、灵活性高等优点，逐渐成为机器人研究领域的一个热点。

象鼻机器人作为其中的一种，因其具有与真实象鼻相似的柔性及多节运动特性，被广泛应用于抓取和操作任务中。

本文以欠驱动象鼻机器人为研究对象，深入分析其抓取理论，并通过实验验证其性能。

二、欠驱动象鼻机器人概述欠驱动象鼻机器人是一种模拟真实象鼻结构的机器人，具有多节柔性关节，能够实现弯曲、扭转等多种运动。

相较于传统的全驱动机器人，欠驱动象鼻机器人具有更高的灵活性和适应性，能够在复杂环境中进行抓取和操作任务。

然而，由于欠驱动特性，其运动控制和抓取稳定性具有一定的挑战性。

三、抓取理论分析1. 运动学分析：欠驱动象鼻机器人的运动学分析主要包括机器人的结构参数、运动约束和关节协调等方面。

通过建立运动学模型，可以描述机器人的运动状态和运动规律，为后续的控制和优化提供基础。

2. 动力学分析：动力学分析主要研究机器人在抓取过程中的力、力矩和能量等动力学参数。

通过建立动力学模型，可以分析机器人在抓取过程中的稳定性和效率，为优化机器人的结构和控制算法提供依据。

3. 抓取策略：针对不同的抓取任务和目标物体，需要设计合适的抓取策略。

常见的抓取策略包括基于规则的抓取策略、基于学习的抓取策略和混合策略等。

通过理论分析和实验验证，可以确定最优的抓取策略。

四、实验研究1. 实验平台搭建：为了验证欠驱动象鼻机器人的抓取性能，需要搭建实验平台。

实验平台包括欠驱动象鼻机器人、传感器系统、控制系统和抓取对象等。

2. 实验设计与实施：根据实验目的和任务需求，设计合理的实验方案和步骤。

通过调整机器人的结构参数、运动控制和抓取策略等，进行多组实验。

3. 实验结果分析：根据实验数据和结果，分析欠驱动象鼻机器人在不同条件下的抓取性能和稳定性。

通过对比不同结构和控制算法的优劣，确定最优的方案。

五、实验结果与讨论1. 实验结果：通过实验验证了欠驱动象鼻机器人在抓取过程中的稳定性和效率。

《欠驱动象鼻机器人抓取理论分析及实验研究》一、引言随着机器人技术的不断发展，机器人抓取技术在日常生活和工业生产中的应用越来越广泛。

而欠驱动象鼻机器人作为一种具有灵活性和自适应性的新型机器人形态，在抓取领域中有着广阔的应用前景。

本文将就欠驱动象鼻机器人的抓取理论进行详细分析，并通过实验研究来验证理论的有效性和实用性。

二、欠驱动象鼻机器人概述欠驱动象鼻机器人是一种具有仿生学特性的机器人形态，其设计灵感来源于大象的鼻子。

这种机器人通过使用较少的主动驱动装置实现较高的灵活性和运动能力，使得机器人在执行抓取任务时具有更强的适应性和自主性。

其特点在于通过巧妙的机械设计和控制算法，使机器人在不增加额外能耗的情况下，实现高效的抓取动作。

三、抓取理论分析（一）抓取力的控制策略对于欠驱动象鼻机器人来说，抓取力的控制策略至关重要。

在抓取过程中，机器人需要根据物体的形状、大小、重量等因素，合理调整抓取力的大小和分布，以实现稳定可靠的抓取。

这需要借助先进的传感器技术和控制算法，实时监测机器人的运动状态和抓取力的大小，并根据实际情况进行动态调整。

（二）欠驱动系统的动力学分析欠驱动象鼻机器人的运动和抓取过程涉及到复杂的动力学问题。

在理论分析中，我们需要对机器人的运动学和动力学特性进行深入研究，包括机器人的结构参数、运动轨迹、惯性力等因素对抓取过程的影响。

通过对这些因素的分析，我们可以为机器人的设计和控制提供理论依据。

四、实验研究（一）实验设计与实施为了验证欠驱动象鼻机器人抓取理论的有效性，我们设计了一系列实验。

首先，我们选取了多种不同形状、大小和重量的物体作为实验对象。

然后，我们通过调整机器人的结构和控制算法，使其能够适应不同物体的抓取需求。

在实验过程中，我们记录了机器人的运动轨迹、抓取力的大小和分布等关键数据，以便后续分析。

（二）实验结果与分析通过对实验数据的分析，我们可以得出以下结论：欠驱动象鼻机器人在执行抓取任务时具有较高的灵活性和适应性。