本文關(guān)鍵詞：基于人體工程學(xué)的仿人機(jī)械臂構(gòu)型，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

第49卷第11期2013年6月；機(jī)械工程學(xué)報(bào)；JOURNALOFMECHANICALENGIN；Vol.49No.11Jun.2013DOI：1；基于人體工程學(xué)的仿人機(jī)械臂構(gòu)型*；趙京宋春雨杜濱；(北京工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程與應(yīng)用電子技術(shù)學(xué)院北京10；摘要：針對(duì)仿人機(jī)械臂構(gòu)型問題，提出一種新的篩選方；ConfigurationofHumanoidR；ZHAOJin

第49卷第11期 2013年6月

機(jī) 械 工 程 學(xué) 報(bào)

JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING

Vol.49 No.11 Jun. 2013DOI：10.3901/JME.2013.11.016

基于人體工程學(xué)的仿人機(jī)械臂構(gòu)型*

趙 京 宋春雨 杜 濱

(北京工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程與應(yīng)用電子技術(shù)學(xué)院 北京 100124)

摘要：針對(duì)仿人機(jī)械臂構(gòu)型問題，提出一種新的篩選方法，并確定串聯(lián)結(jié)構(gòu)方式下最符合人臂特征的仿人機(jī)械臂構(gòu)型。從人體解剖學(xué)的角度出發(fā)，分析人臂的運(yùn)動(dòng)機(jī)理，并結(jié)合人體測(cè)量學(xué)和機(jī)器人學(xué)相關(guān)原理構(gòu)建6種不同的仿人機(jī)械臂構(gòu)型。提出全局相對(duì)可操作度指標(biāo)對(duì)不同構(gòu)型進(jìn)行靈活性分析，并采用可視化方法繪制出各構(gòu)型的運(yùn)動(dòng)靈活性性能分布圖。根據(jù)人臂的運(yùn)動(dòng)特性分析人臂的運(yùn)動(dòng)工作空間，將各構(gòu)型仿人機(jī)械臂工作空間與其對(duì)比，從而篩選出串聯(lián)方式下的最佳仿人機(jī)械臂構(gòu)型。該結(jié)果為仿人機(jī)械臂的設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)，并為后續(xù)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃奠定了基礎(chǔ)。 關(guān)鍵詞：人體工程學(xué) 人臂 仿人機(jī)械臂 構(gòu)型 工作空間 中圖分類號(hào)：TP242

Configuration of Humanoid Robotic Arm Based on Human Engineering

ZHAO Jing SONG Chunyu DU Bin

(College of Mechanical Engineering and Applied Electronics Technology, Beijing University of Technology, Beijing 100124)

Abstract：A new screening method is proposed in configuring humanoid robotic arm, and a series configuration which is most consistent with the human arm characteristics is constructed The morement mechamsm of human arm from the point of view of human anatomy is analyzed, and 6 types of humanoid robotic arm combined with the mechanism of anthropometry and robotics are constructed. The global relative manipulability index is put forward, and the dexterity of different types of humanoid robotic arm with this index are analyzed. The visualization method is used to plot the image of dexterous performance distribution. The workspaces of human arm are analyzed, and different types of humanoid robotic arm’s workspace with it are contrasted, thereby screening the best type of humanoid robotic arm. The results lay the foundation for humanoid robotic arm design and follow-up study of motion planning.

Key words：Human engineering Human arm Humanoid robotic arm Configuration Workspaces

0 前言

仿人機(jī)器人是當(dāng)今機(jī)器人研究領(lǐng)域最活躍的研究方向之一，而作為仿人機(jī)器人重要組成部分的仿人機(jī)械臂更是各國(guó)學(xué)者研究的熱點(diǎn)。在人體結(jié)構(gòu)中，上肢可以輕松準(zhǔn)確、靈活自如地實(shí)現(xiàn)觸點(diǎn)、抓取、推拉等各種動(dòng)作，讓機(jī)器人擁有如人臂般靈活的手臂成了眾多科研人員的目標(biāo)。

[1]

FENG等將人臂分為四部分，用8自由度冗余機(jī)械臂模擬人臂，并采用生物學(xué)中的舒適度指標(biāo)? 國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51075005)。20120607收到初稿，20130407收到修改稿

對(duì)仿人機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)進(jìn)行優(yōu)化。TONDU認(rèn)為在人臂運(yùn)動(dòng)過程中，肩胛骨對(duì)肩部運(yùn)動(dòng)起著重要作用，提出9自由度仿人機(jī)械臂。隨后他在文獻(xiàn)[3]中又考慮了手掌和手指對(duì)人臂運(yùn)動(dòng)的影響，提出11自由度擬人機(jī)械臂模型，并將整個(gè)擬人臂分為兩個(gè)支鏈：7R

[4]

人臂模型和4R手關(guān)節(jié)模型。ARTEMIADIS等在僅考慮人臂中2個(gè)最重要的關(guān)節(jié)——肩關(guān)節(jié)和腕關(guān)節(jié)的情況下，構(gòu)建了5自由度仿人機(jī)械臂。

[5]

ZACHARIAS等以實(shí)現(xiàn)與人臂運(yùn)動(dòng)冗余度相似為設(shè)計(jì)理念提出兩種全新的7R仿人機(jī)械臂，并對(duì)這兩種構(gòu)型的仿人機(jī)械臂進(jìn)行靈活性分析。周玉林 [6]

等對(duì)人形機(jī)器人構(gòu)型的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述，對(duì)人體關(guān)節(jié)、肢體構(gòu)成與運(yùn)動(dòng)進(jìn)行簡(jiǎn)化，建立了人體

[2]

2013年6月 趙 京等：基于人體工程學(xué)的仿人機(jī)械臂構(gòu)型 17

的簡(jiǎn)化模型，并提出串并混聯(lián)的仿人機(jī)械臂構(gòu)型。

具有類似人臂結(jié)構(gòu)特征的仿人機(jī)械臂能夠更好模擬人臂運(yùn)動(dòng)。雖然各國(guó)學(xué)者提出了眾多的仿人機(jī)械臂模型，，但大多僅僅考慮了某一特定構(gòu)型，并未對(duì)所有符合條件的構(gòu)型進(jìn)行分析。目前采用較多的一種結(jié)構(gòu)是7自由度冗余機(jī)械臂，用三個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)組成肩部，一個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)組成肘部，三個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)組成腕部。各國(guó)學(xué)者在仿人機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)方式、關(guān)節(jié)數(shù)目的選取以及關(guān)節(jié)配置方面的研究較少。

本文從人體工程學(xué)的角度出發(fā)，以人臂為研究對(duì)象，提出以串聯(lián)的轉(zhuǎn)動(dòng)副簡(jiǎn)化人臂關(guān)節(jié)，對(duì)仿人機(jī)械臂進(jìn)行構(gòu)型研究。

是一個(gè)1自由度鉸關(guān)節(jié)。腕關(guān)節(jié)由橈骨關(guān)節(jié)和腕骨關(guān)節(jié)組成，由于這兩個(gè)關(guān)節(jié)彼此獨(dú)立，能夠獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，因此將腕關(guān)節(jié)分為上下兩個(gè)部分。上半部分由前臂的橈骨和尺骨組成，連接肘關(guān)節(jié)，在肌肉群的作用下產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；下半部分由橈側(cè)腕關(guān)節(jié)和尺側(cè)腕關(guān)節(jié)組成，連接手掌。由此，腕關(guān)節(jié)可視為由一個(gè)單自由度的環(huán)軸關(guān)節(jié)和一個(gè)2自由度的髁狀關(guān)節(jié)組成。

2 仿人機(jī)械臂模型構(gòu)建

人臂能夠靈活自如的完成各種復(fù)雜動(dòng)作與其復(fù)雜的生理機(jī)理有著密切關(guān)系，這些機(jī)理很難用精確的數(shù)學(xué)模型或是結(jié)構(gòu)模型來完全描述，現(xiàn)有的機(jī)械結(jié)構(gòu)也很難實(shí)現(xiàn)如此復(fù)雜的設(shè)計(jì)。然而，使用簡(jiǎn)單合理的結(jié)構(gòu)模型來實(shí)現(xiàn)其功能是設(shè)計(jì)過程中要考慮的重要因素。 2.1 構(gòu)型分析

1 人臂運(yùn)動(dòng)機(jī)理

人臂作為自然進(jìn)化的偉大產(chǎn)物，其運(yùn)動(dòng)機(jī)理十分復(fù)雜。它的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)主要由肌肉群、關(guān)節(jié)和骨骼三部分組成。從機(jī)構(gòu)學(xué)的角度出發(fā)，可以將肌肉群視為驅(qū)動(dòng)器，關(guān)節(jié)視為運(yùn)動(dòng)副，骨骼視為剛性連桿。通過對(duì)人臂關(guān)節(jié)特性的分析，發(fā)現(xiàn)利用串聯(lián)轉(zhuǎn)它們?cè)谏窠?jīng)系統(tǒng)的支配下，協(xié)同作用，完成各種 動(dòng)副來簡(jiǎn)化人臂各個(gè)關(guān)節(jié)是一種簡(jiǎn)單有效的方法。動(dòng)作。 人臂是一個(gè)有7個(gè)自由度的冗余臂，仿人機(jī)械臂要根據(jù)人臂關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)形式、運(yùn)動(dòng)方向以及運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)與身體其他部位的關(guān)系，將人臂運(yùn)動(dòng)分為屈伸、

收展、環(huán)旋和平動(dòng)運(yùn)動(dòng)，圖1為人臂基本運(yùn)動(dòng)形式。

想實(shí)現(xiàn)如人臂般靈活的特性，至少需要擁有7個(gè)自

由度。但在實(shí)際設(shè)計(jì)和制造仿人機(jī)械臂時(shí)，每增加1個(gè)自由度都會(huì)使機(jī)構(gòu)的復(fù)雜度和成本成倍地增加。為了使仿人機(jī)械臂最大限度簡(jiǎn)化機(jī)構(gòu)、降低成本，本文采用7自由度模型，其中三個(gè)串聯(lián)轉(zhuǎn)動(dòng)副替代肩關(guān)節(jié)，一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副替代肘關(guān)節(jié)，三個(gè)串聯(lián)轉(zhuǎn)動(dòng)副替代腕關(guān)節(jié)，其中肩部和腕部的三個(gè)串聯(lián)轉(zhuǎn)動(dòng)副分別繞3個(gè)垂直基本軸旋轉(zhuǎn)且三軸匯交，結(jié)構(gòu)模型如圖2所示。

圖1 人臂基本運(yùn)動(dòng)

在人體運(yùn)動(dòng)解剖學(xué)中，人臂從上到下依次包含肩關(guān)節(jié)、大臂、肘關(guān)節(jié)、前臂和腕關(guān)節(jié)，它的運(yùn)動(dòng)

[7]

主要來自關(guān)節(jié)。MORECKI指出人臂有7個(gè)自由度，其中肩關(guān)節(jié)有3個(gè)自由度，肘關(guān)節(jié)有1個(gè)自由度，腕關(guān)節(jié)有3個(gè)自由度。肩關(guān)節(jié)是一個(gè)典型的球窩關(guān)節(jié)，是人體中最靈活的關(guān)節(jié)。它由肱骨頭和肩胛骨的關(guān)節(jié)盂構(gòu)成，周圍有大量肌肉，組成了人體最復(fù)雜的肌肉系統(tǒng)。這些肌肉一方面維護(hù)肩關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性，另一方面驅(qū)動(dòng)肩關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)。在球窩關(guān)節(jié)和肌肉群的配合下，人體肩部可實(shí)現(xiàn)繞三個(gè)基本運(yùn)動(dòng)軸的旋轉(zhuǎn)。肘關(guān)節(jié)上連肱骨，下連橈骨和尺骨，

圖2 人臂關(guān)節(jié)簡(jiǎn)化模型

為便于描述，采用歐拉角RPY定義人臂關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，如圖2所示，繞X軸方向的旋轉(zhuǎn)為偏轉(zhuǎn)(Yaw, Y)，繞Y軸方向旋轉(zhuǎn)為俯仰(Pitch, P)，繞Z軸方向旋轉(zhuǎn)為滾動(dòng)(Roll, R)，分別用RY、RP、RR表示，其中大寫字母R表示旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)副，下標(biāo)表示關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)方向。各關(guān)節(jié)可能構(gòu)型如圖3所示。

18 機(jī) 械 工 程 學(xué) 報(bào) 第49卷第11期

人類尺寸為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)的。如果仿人機(jī)器人具有與人類相同的尺寸，則仿人機(jī)器人能夠直接在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中使用，而不需要為機(jī)器人重新設(shè)計(jì)，這樣最符合經(jīng)濟(jì)合理性。所以仿人機(jī)械臂各部分尺寸應(yīng)盡量和人臂尺寸相近。以我國(guó)18～60歲的男性成年人人臂尺寸為參考，見表1。在圖2中上臂尺寸L1選為325 mm，前臂尺寸L2選為245 mm，手掌尺寸L3選為200 mm。

表1 人體上臂主要尺寸 mm

圖3 人臂各關(guān)節(jié)簡(jiǎn)化構(gòu)型圖

測(cè)量 目標(biāo) 身高 上臂長(zhǎng)前臂長(zhǎng)

百分位數(shù)

1 5 10 50 90 95 99 1 543

1 583

1 604

1 678

1 754

1 775

1 814

[8]

通過圖文分析，在串聯(lián)方式下，肩關(guān)節(jié)有6種

簡(jiǎn)化構(gòu)型，肘關(guān)節(jié)僅有1種簡(jiǎn)化構(gòu)型，腕關(guān)節(jié)有2種簡(jiǎn)化構(gòu)型。整個(gè)仿人機(jī)械臂具有12(6?1?2)種不同的構(gòu)型，在繪制實(shí)際構(gòu)型時(shí)發(fā)現(xiàn)，腕關(guān)節(jié)2種簡(jiǎn)化構(gòu)型實(shí)為同一構(gòu)型，當(dāng)環(huán)軸關(guān)節(jié)RR旋轉(zhuǎn)90°時(shí)，RPRY關(guān)節(jié)就變成了RYRP關(guān)節(jié)。故整個(gè)仿人機(jī)械臂具有6(6?1?1)種不同的構(gòu)型，可以表示為RYRPRR-RP-RRRPRY(圖4a)，RYRRRP-RP-RRRPRY(圖4b)，RRRPRY-RP-RRRPRY(圖4c)，RRRYRP-RP-RRRPRY (圖4d)，RPRYRR-RP-RRRPRY(圖4e)，RPRRRY-RP-RR RPRY(圖4f)，具體構(gòu)型如圖4所示。

279 289 294 313 333 338 349 206 216 220 237 253 258 268

注：百分位數(shù)為統(tǒng)計(jì)學(xué)術(shù)語(yǔ)，如果將一組數(shù)據(jù)從小到大排序，并計(jì)算相應(yīng)的累計(jì)百分位，則某一百分位所對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)的值就稱為這一百分位的百分位數(shù)。

3 靈活性分析

根據(jù)人體運(yùn)動(dòng)解剖學(xué)建立的仿人機(jī)械臂是一個(gè)

7自由度冗余機(jī)械臂，相對(duì)于非冗余自由度機(jī)械臂而言，對(duì)于給定的操作空間內(nèi)的末端點(diǎn)，其關(guān)節(jié)位形不唯一，不同的關(guān)節(jié)位形得到的性能指標(biāo)也不相同。在末端點(diǎn)固定的情況下，冗余自由度機(jī)器臂的關(guān)節(jié)能在一個(gè)較大的關(guān)節(jié)空間的子空間內(nèi)運(yùn)動(dòng)，這樣就可以避開障礙，避免奇異位形。冗余機(jī)械臂的這種運(yùn)動(dòng)靈活性與人臂運(yùn)動(dòng)的靈巧性具有極大的相似性。為了對(duì)仿人機(jī)械臂進(jìn)行工作空間的靈活性分析，采用機(jī)械臂自運(yùn)動(dòng)的方式來獲取給定末端點(diǎn)的所有可能關(guān)節(jié)位形。將所有位形中性能指標(biāo)的最大值作為該點(diǎn)處的性能指標(biāo)值。 3.1 可操作度指標(biāo)

對(duì)于一個(gè)具有n個(gè)自由度，m(m?6，m?n)個(gè)

末端絕對(duì)運(yùn)動(dòng)參數(shù)的冗余機(jī)械臂，其運(yùn)動(dòng)學(xué)微分方程為

??J(q)q? (1) X??Rm?1表示機(jī)械臂末端在操作空間的廣義式中，X

??Rn?1表示機(jī)械臂關(guān)節(jié)速度；J(q)?Rm?n表速度；q

圖4 仿人機(jī)械臂構(gòu)型圖

示機(jī)械臂雅可比矩陣，對(duì)于冗余度機(jī)械臂，m?n。

2.2 構(gòu)型尺寸

由于現(xiàn)代社會(huì)環(huán)境主要是為人類服務(wù)的，無論是社會(huì)公共基礎(chǔ)設(shè)施還是各種各樣的工具，都是以

冗余度機(jī)械臂逆解的最小范數(shù)解為

? (2) ??J?Xq

式中，J?為雅可比矩陣的廣義逆，當(dāng)J行滿秩時(shí)，

J??JT(JJT)?1。

2013年6月 趙 京等：基于人體工程學(xué)的仿人機(jī)械臂構(gòu)型 19

地表示出來，采用可視化的方式對(duì)其進(jìn)行描述。首先將仿人機(jī)器臂工作空間網(wǎng)格化，將pi點(diǎn)放置在單位網(wǎng)格的中心，然后在pi處放置一個(gè)單位球體，該 w??1?2??m (3)

球體的半徑和顏色由該點(diǎn)處的全局相對(duì)可操作度指可操作度的物理意義是各個(gè)方向上運(yùn)動(dòng)能力的

標(biāo)值決定。 綜合度量，可以用來衡量機(jī)器人的整體靈活性。

在不考慮關(guān)節(jié)限制的條件下，對(duì)6種不同構(gòu)型3.2 梯度投影法

為了定量地描述機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)靈活性，

[9]

YOSHIKAWA定義了可操作度指標(biāo)

的仿人機(jī)械臂進(jìn)行運(yùn)動(dòng)靈活性分析，得到了各構(gòu)型冗余自由度機(jī)械臂的雅可比矩陣是長(zhǎng)方矩陣，

的運(yùn)動(dòng)靈活性性能分布圖，如圖5所示。將全局相無論是否滿秩，都沒有常規(guī)的逆，而只有廣義逆，

對(duì)可操作度指標(biāo)值均分為10個(gè)等級(jí)，用不同顏色表因此目前大多數(shù)對(duì)冗余自由度機(jī)器人的研究都是基

示不同等級(jí)，同一等級(jí)中用球體半徑區(qū)分指標(biāo)值的于廣義逆解法。梯度投影法是LIEGEOIS首先提出

來的一種基于廣義逆的算法。這種方法將逆運(yùn)動(dòng)學(xué)大小。等級(jí)越高，球體半徑越大相對(duì)可操作度值越問題的解分解為最小范數(shù)解和齊次解兩部分，式(1)大，在該區(qū)域仿人機(jī)械臂的操作能力越強(qiáng)。為看清的通解可表示為 內(nèi)部情況，采用3/4剖視圖，由于整個(gè)工作空間呈

???

??q?s?q?h?JX?k(I?JJ)??w(?) (4) 對(duì)稱分布，剖視后并不影響整體靈活性的分析。 q

?s是式(1)的最小范數(shù)解，q?h是式(1)所對(duì)應(yīng)式中，q通過對(duì)運(yùn)動(dòng)靈活性性能分布圖的分析可以發(fā)的齊次線性方程組的通解。(I?J?J)是零空間投影

矩陣。?w(?)為擬優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)w(?)的梯度投影。系數(shù)k為優(yōu)化因子，它直接影響機(jī)械臂關(guān)節(jié)自運(yùn)動(dòng)的速度，極大化w(?)需要選擇正的k值，而極小化w(?)則需要選擇負(fù)的k值。 3.3 全局相對(duì)可操作度指標(biāo)

現(xiàn)，6種仿人機(jī)械臂具有相同的最大工作空間，但是各構(gòu)型在同一工作點(diǎn)的操作能力差別較大。工作中總是希望機(jī)械臂在任務(wù)工作空間具有較好的靈活性，而全局相對(duì)可操作度指標(biāo)值越大，機(jī)械臂操作能力越強(qiáng)。由運(yùn)動(dòng)靈活性性能分布圖可以看出，以全局相對(duì)可操作度值為0.8作為分界點(diǎn)將工作空間分為了兩大區(qū)域。基于以上原因?qū)⒄麄�(gè)工作空間中全局相對(duì)可操作度值為0.8以上的子空間稱為最佳工作空間，根據(jù)最佳工作空間的分布位置將6種仿人機(jī)械臂構(gòu)型分為三類，每一類型包含兩種構(gòu)型，具體分類見表2。每種類型的仿人機(jī)械臂具有相同的最佳工作空間，具體分布見圖6。

為了定量地描述仿人機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)靈活性，常采用的指標(biāo)有可操作度、方向可操作度、最小奇異值、條件數(shù)、全域性指標(biāo)和全域運(yùn)動(dòng)性能波動(dòng)指標(biāo)等，以上指標(biāo)均為有量綱指標(biāo)。而在評(píng)價(jià)過程中，往往希望得到量綱一指標(biāo)，為此，定義全局相對(duì)可操作度指標(biāo)來使可操作度指標(biāo)歸一化。定義工作空間中坐標(biāo)點(diǎn)pi的全局相對(duì)可操作度

wui?ii?1,2,?,n (5)

wmax式中，ui為pi點(diǎn)的全局相對(duì)可操作度值，wi為pi點(diǎn)的可操作度值，wmax為機(jī)器人整個(gè)工作空間中的最

ui?0表大可操作度值�？梢妘i的取值范圍為[0, 1]，

ui?1表示該點(diǎn)為工作空間中示該點(diǎn)處于奇異位形；

運(yùn)動(dòng)性能最好的點(diǎn)。

對(duì)仿人機(jī)械臂進(jìn)行靈活性分析時(shí)，用蒙特卡洛法隨機(jī)選取一組關(guān)節(jié)角，得到與之對(duì)應(yīng)的末端點(diǎn)的坐標(biāo)，如此將仿人機(jī)械臂的工作空間離散為一系列的坐標(biāo)點(diǎn)pi(i?1,2,?,n)，對(duì)每個(gè)pi點(diǎn)進(jìn)行自運(yùn)動(dòng)采樣。判斷采樣得到的所有關(guān)節(jié)位形的可操作能力，將能力最大的值作為該點(diǎn)的性能指標(biāo)值。這樣就能確定仿人機(jī)械臂在整個(gè)工作空間的運(yùn)動(dòng)能力。

(a) RYRPRR-RP-RRRPRY

4 仿真分析

為了將機(jī)械臂在工作空間中的運(yùn)動(dòng)靈活性直觀

(b) RYRRRP-RP-RRRPRY

20 機(jī) 械 工 程 學(xué) 報(bào) 第49卷第11期

(c) RRRPRY-RP-RRRPRY

(a) 第一類構(gòu)型

(d) RRRYRP-RP-RRRPRY

(b) 第二類構(gòu)型

(e) RPRYRR-RP-RRRPRY

(c) 第三類構(gòu)型

圖6 最佳工作空間分布圖

(f) RPRRRY-RP-RRRPRY

將人臂不同關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)手指所能達(dá)到的所有位置的集合稱為人臂的可達(dá)工作空間。在日常生活中只有一部分工作空間被經(jīng)常使用，將這部分區(qū)域稱為

[10]

常用工作空間。HOWARD等通過試驗(yàn)得到了人臂常用工作空間的具體分布，他在試驗(yàn)者肘部和腕部附加傳感器，記錄人在完成日常工作時(shí)手臂的位置，根據(jù)所得數(shù)據(jù)繪制了人臂常用工作空間，如圖

[10]

7

所示。

圖5 運(yùn)動(dòng)靈活性性能分布圖 表2 仿人機(jī)械臂構(gòu)型分類表

類型 第一類 第二類 第三類

仿人機(jī)械臂構(gòu)型

RPRRRY-RP-RRRPRY、RYRRRP-RP-RRRPRY RYRPRR-RP-RRRPRY、RRRPRY-RP-RRRPRY RPRYRR-RP-RPRPRY、RRRPRY-RP-RRRPRY

(a) 正視圖

(b) 側(cè)視圖

圖7 人臂常用工作空間

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