【正文】 transverse shrinkage to drive the sliding movement, in order to realize the control of the flexion angles of finger joints. Keywords: Dexterous hand。服務機器人在近些年開始走進大眾視野，并隨著人工智能技術、先進制造技術和移動互聯(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，機器人產(chǎn)業(yè)所構建的社會網(wǎng)絡，將遍及社會生產(chǎn)、生活各領域，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。 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)。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、結構簡單的單自 由度專用末端執(zhí)行器便可以滿足日常任務要求。但是，電機 — 柔索傳動方案使得整個靈巧結構復雜， 而且柔索裝置在傳遞動力的過程中會有摩擦、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，結構緊湊、新穎并具有力知覺能力仿生性好 [1]。 北京理工大學彭光正研究并設計了氣動人工肌肉驅動的多關節(jié)手。 河南科技大學朱玉樂根據(jù)氣動人工肌肉驅動的 HUST靈巧手的結構特點，采用標準 D— H 參數(shù)法建立各手指指尖相對于手掌坐標系的運動方程，分析求解多指氣動靈巧手的正逆運動學問題，基于 MATLAB 對靈巧手的工作空間進行仿真分析，得出了各手指在手掌坐標系下的操作可達空間，并通過抓取實例驗證了運動學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]。一體化設計手指關節(jié)本體和 驅動器，減小了手指的整體尺寸；手指關節(jié)采用 FPA直線驅動，直接輸出驅動力矩，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。 南京工程學院畢業(yè)設計說明書（論文） 第 5 頁 （ 2） 氣動元件運動速度高，速度一般鋼瓶為 ? ，有些高達 1?3m/s，高速氣缸高達 15m/s。 （ 6）適應性強，現(xiàn)有的機器可以容易地改裝來安裝氣動驅動缸，可以直接按照輸出要求來安裝。 （ 2） 系統(tǒng)運行會產(chǎn)生嘈雜的排氣 （ 3）空氣的可壓縮性使得系統(tǒng)效率和氣動系統(tǒng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生變動，大多數(shù)情況下將會影響位置 和速度控制。現(xiàn)在，氣動技術和電子、液壓技術，自動化技術一起在國民經(jīng)濟中的發(fā)揮作用越來越重要。到上世紀 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 年代末和本世紀初，傳統(tǒng)的死區(qū)氣動技 術的突破，氣動技術開始經(jīng)歷了跨越式發(fā)展，精度為 組合式氣動機械手已經(jīng)被設計出來， 5mm/ s 的低速平穩(wěn)和 5? 10m/s 的高速運行氣缸相繼問世。現(xiàn)代氣動的發(fā)展趨勢集成化、模塊化、 智能化、微型化 [10]。在現(xiàn)有的機械手指結構基礎上，我們打算使用新型的氣動人工肌肉以及驅動原理對它進行研究，提高機器手指的性能。 MATLAB 具有強大的數(shù)據(jù)分析能力，又可以彌補ADAMS 控制能力不足，沒有復雜的控制模塊，所以采取 ADAMS 和 MATLAB 聯(lián)合仿真的方法對手指的動力學特性進行分析優(yōu)化，觀察手指在驅動力的作用下運動情況。 2) 氣動肌肉長度和負載的關系 定義氣動人工肌肉在無負載、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肌肉的長度。良好的財務狀況 和用戶支持使得 SolidWorks每年都有數(shù)十乃至數(shù)百項的技術創(chuàng)新，公司也獲得了很多榮譽。我們以一個手指關節(jié)為研究對象，對手指關節(jié)結構進行設計和建模，手指的關節(jié)如圖 24 所示。氣動肌肉驅動器的主彈性力使曲柄沿垂直軸平移。 為了確定手指關節(jié)各部分的尺寸，我們根據(jù)手指的長度，我們可以設定連桿長度（ L1）為 18mm,手指 初始位置曲柄和驅動器之間的距離（ L0） 為 13mm，曲柄 根據(jù) 實際情況取 15mm， 10mm， 6mm，分別比較他們的偏轉角度和輸出力(F0L/FL2)的大小 。 solidworks，在菜單欄中找到草圖繪制，然后選擇草圖繪制的基準面，一般選擇前視基準面（ XY 為基準面）。在SolidWorks 中把手指的裝配圖另存為 ParaSolid 格式（文件已 .x_t 結尾的）。 ADAMS 作為 世界上最有名的和廣泛使用的多體動力學（ 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)級設計驗證。載荷和力通過ADAMS模擬計算，提供他們在整個全范圍運動和操作環(huán)境如何變優(yōu)化為最佳狀態(tài)，提高有限元分析的準確性。 南京工程學院畢業(yè)設計說明書（論文） 第 19 頁 動力學仿真過程介紹 ADAMS 參數(shù)設置過程 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,因為保存的文件是組件，所以選 model name，在后面的空格里單擊右鍵，選 model，再選 create，默認名字，點擊 OK。圖 34 是手指在 Adams 的仿真參數(shù)設置過程，圖 35 為仿真結果的顯示。 Joint11：中指節(jié) 。單擊 OK 按鈕后創(chuàng)建狀態(tài)變量 speed1d作為輸入變量。如圖 313 所示 南京工程學院畢業(yè)設計說明書（論文） 第 26 頁 313 指定狀態(tài)變量 speed1 為輸入變量 創(chuàng)建輸出變量 單擊菜單欄中建立按鈕，打開 System Elements 選項，打開 State Variable，點擊 New選項，跳出狀態(tài)變量窗口。在變量名稱輸入框中，用右鍵鼠標快速菜單輸入狀態(tài)變量 Angel，單擊 OK 按鈕。 圖 316 導出控制參數(shù) 南京工程學院畢業(yè)設計說明書（論文） 第 28 頁 建立 MATLAB 控制模型 導出 ADAMS 模型在 MATLAB 里的模塊 啟動 MATLAB ，先將 MATLAB 的工作目錄指向 ADAMS 的工作目錄，方法是單擊工作欄中當前工作位置的 按鈕，彈出工作位置選擇路徑對話框。如圖 316 所示 南京工程學院畢業(yè)設計說明書（論文） 第 29 頁 圖 316 導出 ADAMS 模型在 MATLAB 里的模塊 在 MATLAB/Simulink 選擇窗口中 ,選擇菜單欄中的文件按鈕，點擊新建，然后選擇模塊，彈出一個新的窗口，單 擊工具欄中的保存按鈕，將新窗口存盤為 ,將 ADAMS_sub 方框拖動到 窗口中，并完成控制系統(tǒng)的搭建。 動力學仿真結果分析以及結論 當點擊開始按鈕時，彈出 ADAMS 窗口， ADAMS 開啟，手指開始運動，手指的末端角速度不斷變化，如圖 316和 317， 318 所示 南京工程學院畢業(yè)設計說明書（論文） 第 31 頁 圖 319 仿真調用的 ADAMS 運動窗口 圖 320 手指末端的角速度 南京工程學院畢業(yè)設計說明書（論文） 第 32 頁 圖 321 手指末端的位移 結論：從手指的的運動和末端角速度圖形可以看出，手指一開始伸直時，角速度非常大，這個也和我們預期是一樣的，由于滑塊和連桿之間的夾角小，導致手指轉動的角速度很大，隨著手指不斷彎曲，手指末端角度變化量在減小。我們可以采取一個手指關節(jié)為研究對象的方式，手指氣動控制回路如 圖 41 所示 南京工程學院畢業(yè)設計說明書（論文） 第 33 頁 圖 41 控制靈巧手指的氣動回路設計的原理圖和過程 氣動肌肉充放氣過程是氣動肌肉伸 長和縮短，推動曲柄滑塊產(chǎn)生滑動，然后曲柄滑塊帶動連桿進行轉動，連桿將運動傳動給指節(jié)進行彎曲工作，當兩位三通閥 1和兩位三通閥 2同時接電時，氣源通電給整個氣動回路通氣，通過改變電子比例閥 1和電子比例閥 2設定的壓力，將使氣動肌肉 1 和 2充氣產(chǎn)生收縮，拉動曲柄滑塊向后運動使手指產(chǎn)生彎曲和轉矩，如果兩位三通閥 1 和 2同時關閉，則氣動肌肉 1和 2 釋放氣體，氣動肌肉變長，曲柄滑塊開始復位，手指不再彎曲也開始復位變直。 這里我們使用的比例壓 力閥是日本的 VYll0001壓力比例閥 (如圖 4． 2)，通過計算機輸出的數(shù)字信號，然后經(jīng)過 D/A轉換輸出電壓。 南京工程學院畢業(yè)設計說明書（論文） 第 35 頁 表 42 VT302 兩位三通開關閥的主要性能指標 響應時間 使用壓力范圍 最高運動頻率 小于 20ms 0～ 10HZ (3)氣源和其他氣動器件 壓縮機使用宣億 WJ5501 無油靜音空壓機，最大壓力為 ，同時排氣量為 110L/min,因 此主要性能滿足使用要求，主要性能如表 所示 表 43 WJ5501 空氣壓縮機的性能參數(shù) 型號 功率 電壓 排氣量 轉數(shù) 壓力 儲氣罐 凈重 Model W V L/min Mpa Tak（ Lt） KG WJ5501 550W 220/50 110 1400 ～ 9 其中氣動三聯(lián)件在主要氣動回路中起穩(wěn)壓、過濾作用的 靈巧手指的關節(jié)控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)的原理 準確控制氣動肌肉內(nèi)部壓力的大小，就能夠對氣動肌肉的靈巧手指的精確控制， 工作原理的硬件系統(tǒng)如圖 43 所示， 其中工作原理：計算機輸出控制信號，然后通過 D/A 轉換器，將數(shù)字信號轉化為比例閥可以接收的電壓信號，然后通過電壓值的大小，調節(jié)壓力比例閥的設定壓力值，改變氣動回路的壓力值后，使氣動肌肉肉產(chǎn)生形變，推動曲柄滑塊的運動，手指關節(jié)實現(xiàn)轉動控制。 圖 43 控制裝置的硬件系統(tǒng)組成 控制系統(tǒng)的硬件選擇 氣動手指的控制系統(tǒng)的硬件主要由氣動肌肉，計算機，比例壓力閥，和角度傳感器組成。本文選擇 PCI7484 控制板，本板適用于各種控制場合，具 有集成度高，性能穩(wěn)定，反應速度快，功能強大等優(yōu)點，數(shù)據(jù)采集穩(wěn)定，且價格低，深受用戶歡迎。本文采用米諾角度傳感器基板，其中線性度和精度良好，滿足設計要求。 最大工作電壓 V 36V 電流信號時 分辨率 無限小 輸出平滑性 % 絕緣電阻 MΩ 大于 10 工作溫度 ℃ 40+～ 120 壽命 20xx 萬次 機械角度 176。要想運放輸出輸出，首先控制信號選中一路 D/A，那么這路就 會從數(shù)據(jù)線上讀取數(shù)據(jù)，開始 D/A 進行轉換 D/A 12 位數(shù)據(jù)格式為： 表 46 D/A 轉換數(shù)據(jù)格式（ X 為有效位） HSB：高八位 LSB：低八位 0 0 0 0 X X X X X X X X X X X X D11 D10 D9 D8 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 PCI7484 可以采用 VB 編程的方式來進行 D/A轉換，點擊 VB運行程序，跳出運動控制卡的調試界面 ,運行程序如下： End If End Sub 39。 + Chr(13) + 輸入框的通道按扭。 ，利用電路的 DA 轉化，來快速響應計算機的請求，是手指到 達指定位置。他教學態(tài)度嚴謹，工作作風踏實，在對論文內(nèi)容上精益求精，當我們畢業(yè)設計遇到問題，他總能耐心指導，并給出許多有用的建議，從論文的選題到論文的完成，閆老師失蹤不懈幫我們答疑解惑，關心我們的學習。感謝她四年對我的培養(yǎng)。 作 者 簽 名： 日 期： 指導教師簽名： 日 期： 使用授權說明 本人完全了解 大學關于收集、保存、使用畢業(yè)設計（論文）的規(guī)定，即：按照學校要求提交畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版本；學校有權保存畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務；學?？梢圆捎糜坝　⒖s印、數(shù)字化或其它復制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。 作者簽名： 日期： 年 月 日 導師簽名： 日期： 年 月 日 南京工程學院畢業(yè)設計說明書（論文） 第 48 頁 注 意 事 項 （論文）的內(nèi)容包括： 1）封面（按教務處制定的標準封面格式制作） 2）原創(chuàng)性聲明 3）中文摘要（ 300 字左右）、關鍵詞 4）外文摘要、關鍵詞 5）目次頁（附件不統(tǒng)一編入） 6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結論 7）參考文獻 8）致謝 9）附錄（對論文支持必要時） ：理工類設計（論文）正文字數(shù)不少于 1 萬字（不包括圖紙、程序清單等），文科類論文正文字數(shù)不少于 萬字