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拟人灵巧手的设计及其工作空间研究

作　者: 梁春辉
导　师: 杨文珍
学　校: 浙江理工大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 拟人灵巧手 工作空间 运动学 动力学 仿真
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 152次
引　用: 1次
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内容摘要


随着工业生产需求的提高,工作环境的日趋复杂,机器人末端夹持器的应用愈加广泛。当前机器人末端夹持器研究的前沿和热点为多手指多自由度的机器人灵巧手。依据仿生学原理,本文设计一种5个手指20自由度的拟人灵巧手,对其进行运动学和工作空间分析,完成拟人灵巧手的运动及工作空间的仿真验证。首先,在全面综述国内外灵巧手的研究现状及机器人工作空间研究状况的基础上,提出论文的研究目标和主要研究内容。其次,基于人手的运动模型,完成拟人灵巧手的机械结构设计。应用UG软件建立拟人灵巧手的虚拟样机模型,为后续的仿真分析奠定基础。第三,通过对拟人灵巧手的位姿进行分析,应用D-H方法,建立拟人灵巧手的正运动学与逆运动学模型,并采用Matlab软件对其进行求解,为实现拟人灵巧手的运动仿真和工作空间求解提供理论依据。第四,进行拟人灵巧手动作仿真测试,包括手势仿真和抓持仿真,验证拟人灵巧手的工作空间和运动性能。同时进行拟人灵巧手的单手指动力学性能仿真,得出手指各关节运动过程中的所受力矩变化规律,为拟人灵巧手的运动控制提供理论依据。第五,提出一种求解拟人灵巧手活动工作空间的方法。结合拟人灵巧手运动学分析和手指各关节的运动范围,求解拟人灵巧手的单指工作空间,并在拟人灵巧手虚拟样机上建立其工作空间模型,完成拟人灵巧手工作空间的仿真。对拟人灵巧手单指工作空间、各指间相交工作空间进行分析,得出拟人灵巧手的工作性能,并从工作空间上优化拟人灵巧手机构。最后,总结全文并提出进一步研究的方向。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-10
第一章 绪论  10-19
  1.1 课题来源、背景及研究意义  10-11
    1.1.1 课题来源  10
    1.1.2 课题的背景及研究意义  10-11
  1.2 国内外灵巧手的研究现状  11-15
    1.2.1 国外研究现状  11-14
    1.2.2 国内研究现状  14-15
  1.3 机器人工作空间综述  15-17
    1.3.1 机器人工作空间的研究现状  16
    1.3.2 影响灵巧手工作空间的因素  16-17
    1.3.3 工作空间的求解方法  17
  1.4 本文研究目标及主要内容  17-19
第二章 拟人灵巧手机械结构设计  19-27
  2.1 人手运动特点分析  19-21
    2.1.1 人手的功能  19-20
    2.1.2 人手的骨骼结构  20
    2.1.3 人手自由度及运动分析  20-21
  2.2 拟人灵巧手机械结构设计  21-25
    2.2.1 拟人灵巧手的整体结构设计  21-22
    2.2.2 拟人灵巧手的单指结构分析  22-24
    2.2.3 拇指及手掌板的设计  24-25
  2.3 本章小结  25-27
第三章 拟人灵巧手运动学分析  27-36
  3.1 机器人位姿分析理论基础  27-29
  3.2 拟人灵巧手正运动学分析  29-33
    3.2.1 拟人灵巧手正运动学方程  29-32
    3.2.2 拟人灵巧手的雅克比矩阵  32-33
    3.2.3 拟人灵巧手的速度及加速度  33
  3.3 拟人灵巧手逆运动学分析  33-35
    3.3.1 拟人灵巧手速度逆解及加速度逆解  34
    3.3.2 拟人灵巧手位姿逆解  34-35
  3.4 本章小结  35-36
第四章 拟人灵巧手仿真分析  36-43
  4.1 拟人灵巧手运动仿真  36-38
    4.1.1 拟人灵巧手手势仿真  37-38
    4.1.2 拟人灵巧手抓持仿真  38
  4.2 拟人灵巧手单指动力学仿真  38-42
    4.2.1 单指动力学模型  38-39
    4.2.2 单指关节力矩仿真  39-42
  4.3 本章小结  42-43
第五章 拟人灵巧手工作空间研究  43-60
  5.1 单指工作空间的求解  43-48
    5.1.1 中关节的工作空间  43-44
    5.1.2 指尖关节的工作空间  44-46
    5.1.3 指尖点的工作空间  46-48
  5.2 单指工作空间验证  48-50
  5.3 单指工作空间分析  50-52
    5.3.1 各关节工作空间特征  50-52
    5.3.2 各关节运动分析  52
  5.4 拟人灵巧手工作空间分析  52-57
    5.4.1 整体工作空间分析  53-54
    5.4.2 相交工作空间分析  54-56
    5.4.3 工作空间综合分析  56-57
  5.5 工作空间应用举例  57-59
  5.6 本章小结  59-60
第六章 总结与展望  60-61
参考文献  61-64
致谢  64-65
硕士期间发表的论文  65

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 机器人技术 > 机器人
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