【摘要】：欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械手作為一種重要的末端執(zhí)行器,一直是科研人員的重點(diǎn)研究對(duì)象。由于欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械手驅(qū)動(dòng)單元少于自由度數(shù)導(dǎo)致其自適應(yīng)能力較差、抓取力控制難,鑒于此,本文研制了一款自適應(yīng)能力好、抓取力可控的通用型欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械手。該款機(jī)械手搭載在協(xié)作機(jī)器人的末端,不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同形狀物體的自適應(yīng)抓取,還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同硬度物體的無損抓取。同時(shí)該款機(jī)械手的研制對(duì)后續(xù)通用型欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械手的進(jìn)一步開發(fā)具有一定的參考意義。本課題來源于企業(yè)項(xiàng)目“基于協(xié)作機(jī)器人物料抓取機(jī)械手研究”,本文研究的具體內(nèi)容如下:(1)設(shè)計(jì)欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械手的結(jié)構(gòu),包括手指機(jī)構(gòu)、位姿調(diào)整機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和機(jī)架;運(yùn)用D-H法和虛功原理分別對(duì)欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械手抓取時(shí)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和靜力學(xué)進(jìn)行理論分析。(2)以抓取力均勻性為目標(biāo),運(yùn)用遺傳算法確定欠驅(qū)動(dòng)手指最優(yōu)化參數(shù),并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步確定驅(qū)動(dòng)電機(jī)的參數(shù);運(yùn)用蒙特卡洛法對(duì)欠驅(qū)動(dòng)手指的工作空間進(jìn)行仿真,確定手指的運(yùn)動(dòng)范圍;通過仿真分析機(jī)械手抓取過程中運(yùn)動(dòng)和受力情況,同時(shí)驗(yàn)證機(jī)械手能否實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定抓取;通過仿真驗(yàn)證機(jī)械手關(guān)鍵零部件的強(qiáng)度和剛度是否滿足設(shè)計(jì)要求。(3)設(shè)計(jì)以DSP為核心的控制系統(tǒng),對(duì)微處理器、電源芯片、力傳感器和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行選型;設(shè)計(jì)一些關(guān)鍵控制模塊的硬件電路,包括電源模塊、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、傳感器模塊和通訊模塊;設(shè)計(jì)人機(jī)控制界面和控制系統(tǒng)軟件。(4)研制欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械手樣機(jī),對(duì)力傳感器進(jìn)行標(biāo)定,通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證機(jī)械手抓取力的均勻性、自適應(yīng)性以及不同抓取模式下抓取力的可控性。
【圖文】：

后隨著太空探索和無人作業(yè)的要求，各國開始認(rèn)識(shí)到繼研制了各種不同類型的欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械手。欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械，其靈活性和可靠性得到了很好的發(fā)展。我國對(duì)欠驅(qū)，目前和國外的差距較大。但是在國家大力發(fā)展人工動(dòng)機(jī)械手的發(fā)展也步入了一個(gè)快速發(fā)展的時(shí)期。機(jī)械手國內(nèi)外研究概況要是依靠繩索和彈簧機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的。最早采用腱驅(qū)制的 Okada 手[12],該機(jī)械手能夠完成簡(jiǎn)單的擰螺栓結(jié)構(gòu)，抓取力不大。1986 年美國的麻省理工學(xué)院和了 Utah/MIT 機(jī)械手[13]。該機(jī)械手是早期最典型腱驅(qū)械手發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，其結(jié)構(gòu)如圖 1.1 所示。該款機(jī)作為驅(qū)動(dòng)源，由繩和滑輪進(jìn)行傳動(dòng)，同時(shí)其還采用大的操作度。通過加裝各種力和位置傳感器能夠基本力的控制。

圖 1.2 Yale Hand 機(jī)械手Fig 1.2 Yale Hand manipulator科研人員對(duì)于腱驅(qū)動(dòng)機(jī)械手發(fā)展作出了重要的后研制成功了 UB-I、UB-Ⅱ和 UB-Ⅲ機(jī)械手[17]。UB剛性連桿作為骨架，彈性鉸鏈連接的腱驅(qū)動(dòng)。該系列器檢測(cè)作用在抓取物體表面的力和力矩以及作用點(diǎn)員又相繼研制了比如 DIST-hand、RTR Ⅱ、PISA/IIT械手[18-20]。這些機(jī)械手對(duì)于被抓握物體的形狀有一對(duì)物體的穩(wěn)定抓取�？蒲腥藛T在這些機(jī)械手上安裝械手的智能化水平達(dá)到了一個(gè)新的高度。圖 1.3 所示ERI Hand[21]，該款機(jī)械手有三個(gè)手指，大拇指兩個(gè)關(guān)可以相對(duì)于其他兩個(gè)手指進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，手指中指尺寸采現(xiàn)穩(wěn)定的抓握以及捏取。
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TH122;TP241

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本文編號(hào)：2589196