【正文】 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)(論文) 題 目： 基于氣動(dòng)人工肌肉驅(qū)動(dòng)的多關(guān)節(jié)機(jī)械手指動(dòng)力學(xué)仿真 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）中文摘要 由于氣動(dòng)人工肌肉比重小、結(jié)構(gòu)緊湊，占用空間小等優(yōu)點(diǎn)，本文提出一種曲柄滑塊機(jī)構(gòu)來(lái)驅(qū)動(dòng)手指彎曲，讓氣動(dòng)人工肌肉驅(qū)動(dòng)滑塊運(yùn)動(dòng)，首先設(shè)計(jì)氣動(dòng)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(jìn)行動(dòng)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(gè)關(guān)節(jié)的直線驅(qū)動(dòng)，觀察手指末端的角速度變化和三個(gè)驅(qū)動(dòng)力的變化，最后根據(jù)氣動(dòng)肌肉的驅(qū)動(dòng)原理進(jìn)行了氣動(dòng)肌肉靈巧手關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的控制研究，利用比例壓力閥對(duì)氣動(dòng)肌肉壓力進(jìn)行控制，使氣動(dòng)肌肉橫向收縮帶動(dòng)滑動(dòng)移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)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(jì)；氣動(dòng)肌肉；動(dòng)力學(xué)仿真南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）外文摘要Title Dynamic simulation of multi joint robotic fingers based on pneumatic muscle driven muscle AbstractBecause 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目錄前言 1第一章 緒論 2 2 2 4 6第二章 多關(guān)節(jié)手指的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及建模 7 氣動(dòng)肌肉的介紹 7 氣動(dòng)肌肉的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 7 氣動(dòng)機(jī)械手指的基本結(jié)構(gòu) 9 繪圖軟件SoildWorks介紹 9 整體設(shè)計(jì)方案的設(shè)計(jì) 9 手指的關(guān)節(jié)設(shè)計(jì) 10 13 靈巧手指的裝配和三維模型的導(dǎo)出 15第三章 多關(guān)節(jié)手指的動(dòng)力學(xué)仿真分析 16 16 動(dòng)力學(xué)仿真過(guò)程介紹 18 ADAMS參數(shù)設(shè)置過(guò)程 18 建立MATLAB控制模型 27 動(dòng)力學(xué)仿真結(jié)果分析以及結(jié)論 29第四章 氣動(dòng)肌肉靈巧手指的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 31 31 32 34 34 35 D/A控制界面的設(shè)計(jì)和程序的編寫(xiě) 36|第五章 結(jié)論及總結(jié) 41參考文獻(xiàn) 42致 謝 44前言 隨著機(jī)器人技術(shù)的日益成熟，工業(yè)機(jī)器人極有可能最終取代機(jī)床，成為新一代工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)。服務(wù)機(jī)器人在近些年開(kāi)始走進(jìn)大眾視野，并隨著人工智能技術(shù)、先進(jìn)制造技術(shù)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的創(chuàng)新融合而飛速發(fā)展。越來(lái)越多的服務(wù)型機(jī)器人被研發(fā)出來(lái)，開(kāi)始改變?nèi)祟惖纳鐣?huì)生活方式。未來(lái)對(duì)機(jī)器人性能和穩(wěn)定性要求越來(lái)越高，其中由于機(jī)器手作為機(jī)器人的末端執(zhí)行器，機(jī)械手的功能直接影響著整個(gè)機(jī)器人的功能，因此機(jī)器人手指的研究成為了國(guó)內(nèi)外的熱門(mén)，本文我們將提出一種曲柄滑塊機(jī)構(gòu)來(lái)驅(qū)動(dòng)手指彎曲，其中滑塊機(jī)構(gòu)是由人工肌肉來(lái)推動(dòng)，由于氣動(dòng)人工肌肉比重小、結(jié)構(gòu)緊湊，占用空間小等優(yōu)點(diǎn)，關(guān)于氣動(dòng)人工肌肉的靈巧手指的研究越來(lái)越多。如今，機(jī)器人的使用范圍已開(kāi)始向國(guó)家安全、特殊環(huán)境服役、醫(yī)療輔助、科學(xué)考察等多個(gè)領(lǐng)域擴(kuò)展。而一旦步入智能化階段，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)所構(gòu)建的社會(huì)網(wǎng)絡(luò)，將遍及社會(huì)生產(chǎn)、生活各領(lǐng)域，成為新一輪產(chǎn)業(yè)革命后的社會(huì)形態(tài)——智能社會(huì)的基礎(chǔ)。 作為一種跨學(xué)科先進(jìn)技術(shù)，機(jī)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(jìn)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(huì)促發(fā)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)高峰，從而推動(dòng)新一輪產(chǎn)業(yè)革命進(jìn)程。新型能源將有助于解決機(jī)器人的動(dòng)力問(wèn)題；新材料的使用有助于提升機(jī)器人的性能；信息技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用對(duì)機(jī)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(yùn)用到機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，從而推動(dòng)機(jī)器人“從機(jī)器到人”的轉(zhuǎn)變；先進(jìn)制造技術(shù)的應(yīng)用則可解決結(jié)構(gòu)復(fù)雜機(jī)器人的制造問(wèn)題，有助于推動(dòng)機(jī)器人的批量化生產(chǎn)和普及。 因此，氣動(dòng)人工肌肉機(jī)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(yùn)動(dòng)范圍的靈巧手指，該靈巧手指采用氣動(dòng)人工肌肉來(lái)驅(qū)動(dòng)，手指包含三個(gè)關(guān)節(jié)，能夠進(jìn)行多自由度的運(yùn)動(dòng)，具有良好的仿生性。 第一章 緒論目前，機(jī)器人像人一樣，需要利用它的“手”與周圍發(fā)生接觸。作為機(jī)器人與周圍環(huán)境交互作用的末端環(huán)節(jié)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，機(jī)器人的“手”(末端執(zhí)行器)的性能提高對(duì)機(jī)器人操作水平和自動(dòng)化水平的提升具有非常重要的作用。以往的工業(yè)機(jī)器人通常只需要完成抓取/拿放這樣簡(jiǎn)單的功能，因此功能單一、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jī)械手指的應(yīng)用范圍不斷增大，逐漸從傳統(tǒng)的工業(yè)領(lǐng)域擴(kuò)展到服務(wù)業(yè)、醫(yī)學(xué)、以及農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中，其服務(wù)對(duì)象也變的更加多樣化。因?yàn)橐酝臋C(jī)器人末端夾持器在抓取的穩(wěn)定性、靈活性以及通用性等方面都存在嚴(yán)重不足，這在很大程度制約了機(jī)器人的應(yīng)用，這種情況下，國(guó)內(nèi)外的科學(xué)工作者開(kāi)始研究具有多個(gè)關(guān)節(jié)和自由度的機(jī)器人多指靈巧手。目前，國(guó)內(nèi)外機(jī)器人多指靈巧手，大部分采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，這種驅(qū)動(dòng)優(yōu)勢(shì)在于可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的控制，同時(shí)采用電機(jī)—柔索動(dòng)力傳遞方式，這樣設(shè)計(jì)的目的在于得到了較大的之間輸出力的同時(shí)又保證了靈巧手具有較小的尺寸。但是，電機(jī)—柔索傳動(dòng)方案使得整個(gè)靈巧結(jié)構(gòu)復(fù)雜， 而且柔索裝置在傳遞動(dòng)力的過(guò)程中會(huì)有摩擦、松弛、振顫等現(xiàn)象，不僅效率低下．而且增加了控制難度。為了克服上述存在的問(wèn)題，浙江工業(yè)大學(xué)，哈爾濱工業(yè)大學(xué)等國(guó)內(nèi)院校已經(jīng)進(jìn)行了相關(guān)研究，本畢業(yè)設(shè)計(jì)研究一種基于氣動(dòng)人工肌肉驅(qū)動(dòng)的多關(guān)節(jié)機(jī)械靈巧手指，并且進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真。 北京理工大學(xué)范偉，余麟等針對(duì)氣動(dòng)人工肌肉驅(qū)動(dòng)仿人靈巧手的設(shè)計(jì)，提出應(yīng)用氣動(dòng)人工肌肉的五指靈巧手設(shè)計(jì)方案包括各手指的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及手指與手掌的連接設(shè)計(jì)手指采腱傳動(dòng)方式，靈巧手總共具有17個(gè)自由度。手指端有滑覺(jué)傳感手掌中有握緊力傳感。該靈巧手具有充分的自由度，結(jié)構(gòu)緊湊、新穎并具有力知覺(jué)能力仿生性好[1]。 浙江理工大學(xué)王龍輝設(shè)計(jì)了一種多自由度的仿人手指，該手指采用氣動(dòng)肌肉作為驅(qū)動(dòng)器。在設(shè)計(jì)手指之前，為了得到氣動(dòng)人工肌肉的基礎(chǔ)模型，首先要通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)獲得氣動(dòng)肌肉的靜態(tài)特征，采用兩個(gè)氣動(dòng)肌肉來(lái)帶動(dòng)滑輪轉(zhuǎn)動(dòng)的原理，設(shè)計(jì)出靈巧手指的基本關(guān)節(jié)模型，然后設(shè)計(jì)出靈巧手的基本機(jī)構(gòu)，根據(jù)氣動(dòng)肌肉的驅(qū)動(dòng)原理，設(shè)計(jì)手指關(guān)節(jié)的氣路和控制系統(tǒng)；其次為了進(jìn)行試驗(yàn)分析，必須構(gòu)建氣動(dòng)肌肉手的實(shí)時(shí)反饋系統(tǒng)[2]。 河南科技大學(xué)王凱通過(guò)對(duì)人下指結(jié)構(gòu)的分析,基于SolidWorks 三維軟件設(shè)計(jì)了一種氣動(dòng)人工肌肉驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人靈巧手指，按照人手指結(jié)構(gòu)比例進(jìn)行了優(yōu)化,并采用觸力傳感器和電位計(jì)來(lái)分別檢測(cè)指尖接觸力及三個(gè)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角．為構(gòu)成閉環(huán)控制產(chǎn)生反饋信號(hào),對(duì)所設(shè)計(jì)的手指進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，確定出手指各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)空間及輸出力,為進(jìn)一步進(jìn)行靈巧手模塊化設(shè)計(jì)打下了基礎(chǔ)[3]。北京理工大學(xué)彭光正研究并設(shè)計(jì)了氣動(dòng)人工肌肉驅(qū)動(dòng)的多關(guān)節(jié)手。該手有5個(gè)手指，結(jié)合人體的構(gòu)造，參考人手的外形和肌肉的運(yùn)動(dòng)形式，設(shè)計(jì)了19個(gè)自由度多指仿人靈巧手，該手指依靠氣動(dòng)肌肉帶動(dòng)柔索伸縮，從而使手指彎曲。通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可得,該手指的整體尺寸和運(yùn)動(dòng)空間接近人手，因此該手指擁有良好的柔順性能[4]。哈爾濱工業(yè)大學(xué)樊紹巍提出了一種新型的類人化五指手被研制出來(lái)，手是由一個(gè)獨(dú)立的手掌和五個(gè)相同的模塊化的手指構(gòu)成，手指的尺寸大約是第一代HIT/ DLR手的三分之一，手的大小和人類的相似包裝件同結(jié)構(gòu)功能件融合的設(shè)計(jì)思想不但進(jìn)一步縮減的靈巧手的外形尺寸 ,而且使靈巧手外形更加類人化[5]。 河南科技大學(xué)朱玉樂(lè)根據(jù)氣動(dòng)人工肌肉驅(qū)動(dòng)的HUST靈巧手的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用標(biāo)準(zhǔn)D—H參數(shù)法建立各手指指尖相對(duì)于手掌坐標(biāo)系的運(yùn)動(dòng)方程，分析求解多指氣動(dòng)靈巧手的正逆運(yùn)動(dòng)學(xué)問(wèn)題，基于MATLAB對(duì)靈巧手的工作空間進(jìn)行仿真分析，得出了各手指在手掌坐標(biāo)系下的操作可達(dá)空間，并通過(guò)抓取實(shí)例驗(yàn)證了運(yùn)動(dòng)學(xué)與仿真分析的正確性，為多指靈巧手