【正文】 南 京 工 程 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計說明書 (論文 ) 作 者： 學(xué) 號： 1 系 部： 機械工程學(xué)院 專 業(yè)： 機械電子工程 題 目： 基于氣動人工肌肉驅(qū)動的多關(guān)節(jié)機械手指動力學(xué)仿真 指導(dǎo)者： 副 教授 評閱者： 2022 年 5 月 南 京 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）中文摘要 由于氣動人工肌肉比重小、結(jié)構(gòu)緊湊，占用空間小等優(yōu)點，本文提出一種曲柄滑塊機構(gòu)來驅(qū)動手指彎曲，讓氣動人工肌肉驅(qū)動滑塊運動，首先設(shè)計氣動肌肉手指關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，并用 SolidWorks繪制手指的三維圖，利用 ADAMS和 MATLAB進行動力學(xué)聯(lián)合仿真，在手指 端設(shè)置一定的負(fù)載，輸入手指三個關(guān)節(jié)的直線驅(qū)動，觀察手指末端的角速度變化和三個驅(qū)動力的變化，最后根據(jù)氣動肌肉的驅(qū)動原理進行了氣動肌肉靈巧手關(guān)節(jié)運動的控制研究，利用比例壓力閥對氣動肌肉壓力進行控制，使氣動肌肉橫向收縮帶動滑動移動，從而實現(xiàn)對手指關(guān)節(jié)彎曲角度的控制。 關(guān)鍵詞 ：仿人靈巧手；關(guān)節(jié)設(shè)計；氣動肌肉；動力學(xué)仿真 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）外文摘要 Title Dynamic simulation of multi joint robotic fingers based on pneumatic muscle driven muscle Abstract Because of the small proportion of pneumatic muscle, pact structure and small space occupancy, etc. In this paper, a slider crank mechanism drive the finger bending. The slider crank mechanism is driven by artificial muscles, Firstly, designing pneumatic muscle finger joint structure, And with the SolidWorks drawing fingers entity graph, using ADAMS and MATLAB cosimulation of the dynamics, the fingertip set certain load, input linear drive of the three joints of the fingers, to observe the change of the angular velocity of the finger tip and three driving force of change, finally according to the driving principle of the pneumatic muscle was analyzed by gas dynamic muscle dexterous hand joint movement control research, using the proportional pressure valve of pneumatic muscle pressure control, pneumatic muscle transverse shrinkage to drive the sliding movement, in order to realize the control of the flexion angles of finger joints. Keywords: Dexterous hand。 Structural design。 Pneumatic muscles。 Dynamic simulation 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 目 錄 前言 ................................................................................................................... 1 第一章 緒論 ...................................................................................................... 2 課題項目的背景 ................................................................................... 2 氣動人工肌肉多關(guān)節(jié)手指的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 ...................................... 2 氣動技術(shù)的介紹以及發(fā)展前景 ............................................................. 4 論文研究的內(nèi)容和方法 ........................................................................ 6 第二章 多關(guān)節(jié)手指的結(jié)構(gòu)設(shè) 計及建模 ............................................................. 7 氣動肌肉的介紹 .................................................................................. 7 氣動肌肉的內(nèi)部結(jié)構(gòu) ................................................................ 7 氣動機械手指的基本結(jié)構(gòu) ................................................................... 9 繪圖軟 件 SoildWorks 介紹 ........................................................ 9 整體設(shè)計方案的設(shè)計 ................................................................ 9 手指的關(guān)節(jié)設(shè)計 ...................................................................... 10 手指關(guān)節(jié)的建模 ....................................................................... 15 靈巧手指的裝配和三維模型的導(dǎo)出 .................................................. 16 第三章 多關(guān)節(jié)手指的動力學(xué)仿真分析 ........................................................... 17 仿真軟件 ADAMS 和 MATLAB 簡介 ................................................. 17 動力學(xué)仿真過程介紹 ........................................................................ 19 ADAMS 參數(shù)設(shè)置過程 ............................................................ 19 建立 MATLAB 控制模型 ........................................................ 28 動力學(xué)仿真結(jié)果分析以及結(jié)論 .......................................................... 30 第四章 氣動肌肉靈巧手指的控 制系統(tǒng)設(shè)計 ................................................... 32 氣動肌肉回路原理和設(shè)計 .................................................................. 32 氣動回路器件的選擇 ............................................................... 33 靈巧手指的關(guān)節(jié)控制系統(tǒng) .................................................................. 35 控制系統(tǒng)的原理 ....................................................................... 35 控制系統(tǒng)的硬件選擇 ............................................................... 36 D/A 控制界面的設(shè)計和程序的編寫 ................................................... 37 |第五章 結(jié)論及總結(jié) ....................................................................................... 42 參考文獻 ......................................................................................................... 43 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 致 謝 ............................................................................................................. 45 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 1 頁 前言 隨著機器人技術(shù)的日益成熟，工業(yè)機器人極有可能最終取代機床，成為新一代工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)。服務(wù)機器人在近些年開始走進大眾視野，并隨著人工智能技術(shù)、先進制造技術(shù)和移動互聯(lián)網(wǎng)的創(chuàng)新融合而飛速發(fā)展。越來越多的服務(wù)型機器人被研發(fā)出來，開始改變?nèi)祟惖纳鐣罘绞?。未來對機器人性能和穩(wěn)定性要求越來越高，其中由于機器手 作為機器人的末端執(zhí)行器，機械手的功能直接影響著整個機器人的功能，因此機器人手指的研究成為了國內(nèi)外的熱門，本文我們將提出一種曲柄滑塊機構(gòu)來驅(qū)動手指彎曲，其中滑塊機構(gòu)是由人工肌肉來推動，由于氣動人工肌肉比重小、結(jié)構(gòu)緊湊，占用空間小等優(yōu)點，關(guān)于氣動人工肌肉的靈巧手指的研究越來越多。如今，機器人的使用范圍已開始向國家安全、特殊環(huán)境服役、醫(yī)療輔助、科學(xué)考察等多個領(lǐng)域擴展。而一旦步入智能化階段，機器人產(chǎn)業(yè)所構(gòu)建的社會網(wǎng)絡(luò)，將遍及社會生產(chǎn)、生活各領(lǐng)域，成為新一輪產(chǎn)業(yè)革命后的社會形態(tài) —— 智能社會的基礎(chǔ)。 作為一種跨 學(xué)科先進技術(shù)，機器人技術(shù)的突破需要其他技術(shù)支撐，尤以能源、材料、信息、生命科學(xué)及先進制造技術(shù)為重。這些技術(shù)被眾多學(xué)者視為新一輪產(chǎn)業(yè)革命的支撐技術(shù)，它們的突破必然會促發(fā)機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個高峰，從而推動新一輪產(chǎn)業(yè)革命進程。新型能源將有助于解決機器人的動力問題；新材料的使用有助于提升機器人的性能；信息技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用對機器人的控制系統(tǒng)至關(guān)重要；生命科學(xué)的發(fā)展有望使仿生學(xué)更多地運用到機器人產(chǎn)業(yè)，從而推動機器人“從機器到人”的轉(zhuǎn)變；先進制造技術(shù)的應(yīng)用則可解決結(jié)構(gòu)復(fù)雜機器人的制造問題，有助于推動機器人的批量化生產(chǎn)和普及 。 因此，氣動人工肌肉機械靈巧手指正是在這種情況下出現(xiàn)。本文將提出一種接近于人手尺寸和運動范圍的靈巧手指，該靈巧手指采用氣動人工肌肉來驅(qū)動，手指包含三個關(guān)節(jié)，能夠進行多自由度的運動，具有良好的仿生性。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 2 頁 第一章 緒論 課題項目的背景 目前，機器人像人一樣，需要利用它的“手”與周圍發(fā)生接觸。作為機器人與周圍環(huán)境交互作用的末端環(huán)節(jié)和執(zhí)行機構(gòu)，機器人的“手” (末端執(zhí)行器 )的性能提高對機器人操作水平和自動化水平的提升具有非常重要的作用。以往的工業(yè)機器人通常只需要完成抓取 /拿放這樣簡單的功能，因此 功能單一、結(jié)構(gòu)簡單的單自由度專用末端執(zhí)行器便可以滿足日常任務(wù)要求。但是，伴隨著科學(xué)技術(shù)的提高，機械手指的應(yīng)用