【正文】 氣動(dòng)技術(shù)發(fā)展歷史，是從單個(gè)部件到控制系統(tǒng)，從簡單的機(jī)械系統(tǒng)到復(fù)雜的機(jī)電一體化過程。由于該5D力傳感器和非接觸式角位移傳感器被集成在手指中。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，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)王凱通過對人下指結(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)來分別檢測指尖接觸力及三個(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]。手指端有滑覺傳感手掌中有握緊力傳感。目前，國內(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。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。新型能源將有助于解決機(jī)器人的動(dòng)力問題；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)器人的制造問題，有助于推動(dòng)機(jī)器人的批量化生產(chǎn)和普及。如今，機(jī)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(gè)領(lǐng)域擴(kuò)展。 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)仿真過程介紹 18 ADAMS參數(shù)設(shè)置過程 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 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)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(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)說明書（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)對手指關(guān)節(jié)彎曲角度的控制。 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。服務(wù)機(jī)器人在近些年開始走進(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。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)。 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)。以往的工業(yè)機(jī)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，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。該靈巧手具有充分的自由度，結(jié)構(gòu)緊湊、新穎并具有力知覺能力仿生性好[1]。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。 河南科技大學(xué)朱玉樂根據(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)問題，基于MATLAB對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，為多指靈巧手的抓取規(guī)劃提供了重要依據(jù)[6]。一體化設(shè)計(jì)手指關(guān)節(jié)本體和 驅(qū)動(dòng)器，減小了手指的整體尺寸；手指關(guān)節(jié)采用FPA直線驅(qū)動(dòng)，直接輸出驅(qū)動(dòng)力矩，合理減少了松弛、顫抖等現(xiàn)象[8]。人類使用的空氣來能量傳遞介質(zhì)可追溯到數(shù)千年。因此，大多數(shù)企業(yè)都有壓縮空氣的來源。（2） 氣動(dòng)元件運(yùn)動(dòng)速度高，?，有些高達(dá)1?3m/s，高速氣缸高達(dá)15m/s。（6）適應(yīng)性強(qiáng)，現(xiàn)有的機(jī)器可以容易地改裝來安裝氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)缸，可以直接按照輸出要求來安裝。（2） 系統(tǒng)運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生嘈雜的排氣（3）空氣的可壓縮性使得系統(tǒng)效率和氣動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生變動(dòng)，大多數(shù)情況下將會(huì)影響位置和速度控制。現(xiàn)在，氣動(dòng)技術(shù)和電子、液壓技術(shù)，自動(dòng)化技術(shù)一起在國民經(jīng)濟(jì)中的發(fā)揮作用越來越重要。到上世紀(jì)50年代初，大部分從液壓元件變換或演化在大體積的組件。 90年代末和本世紀(jì)初，傳統(tǒng)的死區(qū)氣動(dòng)技術(shù)的突破，氣動(dòng)技術(shù)開始經(jīng)歷了跨越式發(fā)展，5mm/ s的低速平穩(wěn)和5?10m/s的高速運(yùn)行氣缸相繼問世?，F(xiàn)代氣動(dòng)的發(fā)展趨勢集成化、模塊化、智能化、微型化[10]。在現(xiàn)有的機(jī)械手指結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，我們打算使用新型的氣動(dòng)人工肌肉以及驅(qū)動(dòng)原理對它進(jìn)行研究，提高機(jī)器手指的性能。MATLAB具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析能力，又可以彌補(bǔ)ADAMS控制能力不足，沒有復(fù)雜的控制模塊，所以采取ADAMS和MATLAB聯(lián)合仿真的方法對手指的動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行分析優(yōu)化，觀察手指在驅(qū)動(dòng)力的作用下運(yùn)動(dòng)情況。2) 氣動(dòng)肌肉長度和負(fù)載的關(guān)系 定義氣動(dòng)人工肌肉在無負(fù)載、無壓力的情況下的長度為額定長度，這就等于接口間可見的那部分氣動(dòng)肌肉的長度。良好的財(cái)務(wù)狀況和用戶支持使得SolidWorks每年都有數(shù)十乃至數(shù)百項(xiàng)的技術(shù)創(chuàng)新，公司也獲得了很多榮譽(yù)。我們以一個(gè)手指關(guān)節(jié)為研究對象，對手指關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)和建模，手指的關(guān)節(jié)如圖24所示。氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)器的主彈性力使曲柄沿垂直軸平移。為了確定手指關(guān)節(jié)各部分的尺寸，我們根據(jù)手指的長度，我們可以設(shè)定連桿長度（L1）為18mm,手指初始位置曲柄和驅(qū)動(dòng)器之間的距離（L0）為13mm，曲柄根據(jù)實(shí)際情況取15mm，10mm，6mm，分別比較他們的偏轉(zhuǎn)角度和輸出力(F0L/FL2)的大小。1. 打開solidworks，在菜單欄中找到草圖繪制，然后選擇草圖繪制的基準(zhǔn)面，一般選擇前視基準(zhǔn)面（XY為基準(zhǔn)面）。在SolidWorks中把手指的裝配圖另存為ParaSolid格式（）。 ADAMS作為世界上最有名的和廣泛使用的多體動(dòng)力學(xué)（MBD）軟件，ADAMS提高工程效率，降低產(chǎn)品開發(fā)成本，使早期的系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)驗(yàn)證。載荷和力通過ADAMS模擬計(jì)算，提供他們在整個(gè)全范圍運(yùn)動(dòng)和操作環(huán)境如何變優(yōu)化為最佳狀態(tài)，提高有限元分析的準(zhǔn)確性。 動(dòng)力學(xué)仿真過程介紹 ADAMS參數(shù)設(shè)置過程1） 在ADAMS中的import選擇文件類型parasolid（.x_t），指向保存的文件，在文件類型中中選擇ASCII,因?yàn)楸４娴奈募墙M件，所