【正文】 39。 360176。主要性能如表 45 所示。為了滿足設(shè)計(jì)要求， PCI7484 板上有 4路12 位獨(dú)立 D/A 電壓電流輸出 ,符合最少有三路 DA 轉(zhuǎn)換的要求。因此硬件控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要是數(shù)據(jù)采集卡選擇和傳感器的選則。在手指關(guān)節(jié)安裝角度傳感器，在計(jì)算機(jī)上輸出手指的轉(zhuǎn)角，與輸出轉(zhuǎn)角信號(hào)對(duì)比，檢驗(yàn)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。通過輸出的電壓值的大小來調(diào)節(jié)比例閥壓力的大小，從而來控制氣動(dòng)肌肉的伸縮量，進(jìn)氣時(shí)開關(guān)閥作用，當(dāng)比例壓力閥接受到電壓信號(hào)時(shí)，由于接通的壓力與電壓信號(hào)成線性關(guān)系，控制起來十分方便，其主要性能參數(shù)如表 41。 氣動(dòng)靈巧手指的工作原理為，通過 D/A 轉(zhuǎn)換裝置，將計(jì)算機(jī)傳來的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)楸壤y的工作電壓，通過比例閥 控制電壓來控制氣動(dòng)回路的壓力，兩位三通開關(guān)閥，接通回路，氣動(dòng)肌肉伸縮帶動(dòng)滑塊移動(dòng)，從而能夠控制手指的轉(zhuǎn)角。速度不斷變小，和我們手指彎曲變化類似，因此該手指的仿真過程顯示，手指具有良好的運(yùn)動(dòng)性能。如圖 314 所示 設(shè)置 MATLAB 與 ADAMS 之間的數(shù)據(jù)交換參數(shù) 在 窗口中雙擊 ADAMS_sub 按鈕，這時(shí)彈出的新的窗口，雙擊 窗 口 中 MSCSDoftware 控 制 框 ， 彈 出 數(shù) 據(jù) 傳 輸 參 數(shù) 設(shè) 置 對(duì) 話 框 ， 將Interprocess 設(shè)置為 PIPE(DDE) ，將 Communication Interval 文本框中輸入，將 Simulation Mode 設(shè)定為 continuous， Animation mode 設(shè)定成interactive，表示兩個(gè)軟件間進(jìn)行交互式計(jì)算，在仿真過程中會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)ADAMS/View，以便觀察手指仿真畫面，其他使用默認(rèn)設(shè)置即可。在MATLAB 命令窗口的命令提示符提示符下，輸如 FIRE2，也就是 的文件名，在命令窗口會(huì)出現(xiàn)之前設(shè)置的輸入輸出參數(shù)。如圖 315 所示 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 27 頁 圖 315 指定狀態(tài)變量 angle 為輸出變量 導(dǎo)出控制參數(shù) 單 擊菜 單欄中 的工 具按鈕 ，選 擇其中 Plugin Manager， 單擊菜 單Controls，選擇 Plant Export，彈出導(dǎo)出控制參數(shù)對(duì)話框。 將名稱輸入框修改成 Angle，在 F(time,… )后面點(diǎn)擊 按鈕，然后選擇 WX 函數(shù)，后面的參數(shù)填寫(MARKER_55,MARKER_45,MARKER_45），點(diǎn)擊應(yīng)用按鈕創(chuàng)建狀態(tài)變量 Angle作為輸出變量，其中 WX（）函數(shù)返回繞 X 軸旋轉(zhuǎn)的角速度，這里代表手指末端的角速度。其他三個(gè)驅(qū)動(dòng)設(shè)置為 speed2， speed3，如圖 311 所示 圖 311 創(chuàng)建輸入狀態(tài)變量 將狀態(tài)變量與模型關(guān)聯(lián) 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 25 頁 在手指右側(cè)的 motion 菜單中選擇 joint motion 選項(xiàng)，右擊選擇 modifly選 項(xiàng) ， 打 開 編 輯 對(duì) 話 框 ， 在 函 數(shù) 輸 入 框 中 輸 入VARVAL(.)*time ，其中 VARVAL（）是一個(gè) ADAMS 函數(shù)，它返回變量 . 的值。 Joint12：上指節(jié) 圖 37 手指末端角速度變化曲線 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 23 頁 圖 38 手指末端角加速度變化曲線 圖 39 手指末端位移變化曲線 圖 310 三個(gè)關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)矩圖 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 24 頁 5）輸入輸出參數(shù)的選擇過程是非常重要的，由于手指有三個(gè)關(guān)節(jié)，因此必須有三個(gè)參數(shù)的輸入，我們這里把手指的滑動(dòng)驅(qū)動(dòng)設(shè)置為輸入?yún)?shù)，多關(guān)節(jié)手指關(guān)節(jié)的指端角速度為輸出參數(shù)。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 21 頁 圖 34 仿真過程參數(shù)設(shè)置 圖 35 仿真效果圖 模擬手指受理情況，在手指末端施加 的里，這個(gè)力是隨著手指移動(dòng)南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 22 頁 的，這個(gè)時(shí)候給三個(gè)關(guān)節(jié)施加驅(qū)動(dòng)，讓手指開始彎曲，觀察手指的運(yùn)動(dòng)，并且查看手指三個(gè)滑動(dòng)副的受力情況，分析受力曲線，如圖 36 所示，是手指的三個(gè)驅(qū)動(dòng)器受力情況。如圖31 所示： 圖 31 導(dǎo)入?yún)?shù)設(shè)置過程 2） 在菜單欄點(diǎn)擊 connectors 按鈕，設(shè)置相關(guān)轉(zhuǎn)動(dòng)副和移動(dòng)副，并將手指底部與大地鎖定。 (2) MATLAB 簡(jiǎn)介 MATLAB 擁有算法開發(fā)、數(shù)據(jù)分析、和模型建立的數(shù)值計(jì)算方法。工程師可以評(píng)估和管理學(xué)科，包括運(yùn)動(dòng)，結(jié)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)和控制之間復(fù)雜的相互作用，以便更好地優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)性能，安全性和舒適。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 17 頁 圖 28 手指裝配圖 第三章 多關(guān)節(jié)手指的動(dòng)力學(xué)仿真分析 仿真軟件 ADAMS 和 MATLAB 簡(jiǎn)介 (1) ADMAS 簡(jiǎn)介 ADAMS 作為世界上使用最廣泛的多體動(dòng)力學(xué)（ MBD）軟件， ADAMS 可以幫助工程師研究運(yùn)動(dòng)部件，在機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)中載荷和力如何分布。如圖 26 所示 圖 26 基準(zhǔn)面的建立 27 所示的草圖，用鼠標(biāo)選中剛剛繪制的長(zhǎng)方形，然后在實(shí)體特征中選擇實(shí)體拉伸，輸入拉伸的距離，最后點(diǎn)擊確定，得到一個(gè)長(zhǎng)方體。 表 21 不同長(zhǎng)度曲柄下的轉(zhuǎn)角和輸出力 曲柄 長(zhǎng)度 L2(mm） 偏轉(zhuǎn) 角度 θ（ 0） 輸出 力大小 6 0~ 10 0~ 15 0~ 可以根據(jù)以上公式，可以計(jì)算 曲柄不同長(zhǎng)度時(shí)的連桿的角度和最大受力 ，比較偏轉(zhuǎn)角度和輸出力，我們這里選擇手指曲柄為 10mm 最符合要求。這導(dǎo)致連桿旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度θ如圖 25 所示。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 10 頁 圖 24 手指的關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu) 2 1 手指的關(guān)節(jié)設(shè)計(jì) A:關(guān)節(jié)機(jī)制 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 11 頁 氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)器能夠完成其它任何機(jī)械無法替代的模擬人體肌肉的直線的運(yùn)動(dòng)。該系統(tǒng)在19951999 年獲得全球微機(jī)平臺(tái) CAD 系統(tǒng)評(píng)比第一名；從 1995 年至今，已經(jīng)累計(jì)獲得十七項(xiàng)國際大獎(jiǎng)，其中僅從 1999 年起，美國權(quán)威的 CAD 專業(yè)雜志CADENCE 連續(xù) 4 年授予 SolidWorks 最佳編輯獎(jiǎng)，以表彰 SolidWorks 的創(chuàng)新、活力和簡(jiǎn)明。當(dāng)氣動(dòng)肌肉受外力作用預(yù)拉伸時(shí)，它的長(zhǎng)度變長(zhǎng)；另一方面，當(dāng)氣動(dòng)肌肉受壓時(shí)，氣動(dòng)肌肉收縮，它的長(zhǎng)度減小[13]。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 7 頁 第二章 多 關(guān)節(jié)手指的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及建模 氣動(dòng)肌肉的介紹 氣動(dòng)肌肉的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖 21 氣動(dòng)肌肉的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 氣動(dòng)肌肉的材料，管接螺紋、法蘭、內(nèi)部圓錐一般使用鋁合金，而盤形彈簧一般用彈簧鋼，氣體密封圈常用腈基丁二烯橡膠（ NBR），隔膜軟膠管使用芳香烴類物質(zhì)（ CR)。本研究首先利用人工肌肉制作出直線驅(qū)動(dòng)器，然后通過曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的逆向運(yùn)用將直線驅(qū)動(dòng)器的直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn) 換成手指關(guān)節(jié)的彎曲運(yùn)動(dòng)，設(shè)計(jì)制造出功能類似于人類手指的機(jī)械手指，對(duì)多關(guān)節(jié)機(jī)械手指的結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真分析。 論文研究的內(nèi)容和方法 目前各種類型的機(jī)械手指被開發(fā)出來，主要是由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。隨著計(jì)算機(jī)、電子、傳感器、通訊等多種技術(shù)的發(fā)展，促使了智能氣動(dòng)（氣動(dòng)比例和伺服，智能閥島，模塊化機(jī)器人）的概念產(chǎn)生出來。 20 世紀(jì) 60 年代左右，開始構(gòu)成工業(yè)控制系統(tǒng)，應(yīng)用到系統(tǒng)中，與現(xiàn)在的氣動(dòng)技術(shù)沒有可比性。從風(fēng)能驅(qū)動(dòng)技術(shù)和液壓技術(shù)逐步發(fā)展為氣動(dòng)技術(shù)，雖然它才經(jīng)歷了 50 年的發(fā)展歷史，但已充分顯示了其在自動(dòng)化領(lǐng)域強(qiáng)大的生命力 ，成為了 20 世紀(jì)發(fā)展最快、最受關(guān)注、應(yīng)用最廣泛的一門科學(xué)技術(shù)，氣動(dòng)技術(shù)已成為各個(gè)行業(yè)不可缺少的一部分。 （ 4）氣動(dòng)系統(tǒng)的反應(yīng)速度相對(duì)于電路控制，有一個(gè)較大的延遲和失真低，因而不適合于高速氣動(dòng)控制技術(shù)和復(fù)雜的信息系統(tǒng)和處理，而且氣動(dòng)信號(hào)傳輸距離也是有限的。 （ 7）氣動(dòng)系統(tǒng)本神擁有過載保護(hù)的功能。 （ 3）氣動(dòng)元件機(jī)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，成本低，易于取得，使用過的壓縮空氣可以直接排放到空氣中，而不需要經(jīng)過特殊的后置處理 （ 4）氣動(dòng)系統(tǒng)非常環(huán)保，系啟動(dòng)系統(tǒng)能量?jī)?chǔ)存比較方便，可以作為應(yīng)急能量使用。作為工作介質(zhì)的壓縮空氣，有著安全性能高，取用方便和獲取成本低的優(yōu)點(diǎn)，利用這些優(yōu)點(diǎn)，使氣動(dòng)技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。但氣動(dòng)技術(shù)的具體特性和基本原理進(jìn)行系統(tǒng)研究是從本世紀(jì)初開始的，形成一中氣壓傳播動(dòng)力學(xué)和控制理論作為主要內(nèi)容的氣動(dòng)系統(tǒng)理論學(xué)科。 Kanchana 和 Thananchai 際實(shí)驗(yàn)值的模型，他們?cè)谶@個(gè)中增加理想情況下的偏差因素，能夠適應(yīng)實(shí)際情況下產(chǎn)生的誤差，可以更好的反 應(yīng)氣動(dòng)肌肉的基本特征 [9]。 昆明理工大學(xué)武鵬飛對(duì)能抓取易碎物體的氣動(dòng)手指進(jìn)行了研究 , 采用南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 4 頁 氣動(dòng)手指位置的夾持力自適應(yīng)控制系統(tǒng) , 建立了氣動(dòng)手指系統(tǒng) 模型 , 并通過 AMESim 仿真分析 , 利用 PID 控制技術(shù)提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性 [7]。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。 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。為了克服上述存在的問題，浙江工業(yè)大學(xué)，哈爾濱工業(yè)大學(xué)等國內(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。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。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。 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。越來越多的服務(wù)型機(jī)器人被研發(fā)出來，開始改變?nèi)祟惖纳鐣?huì)生活方式。 Structural design。 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)說明書（論文） 畢業(yè)設(shè)計(jì)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