【正文】 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。對(duì)本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。參考文獻(xiàn)[1] 范偉，[J]，機(jī)床與液壓，2006（8）：62~65[2] [D].浙江：浙江理工大學(xué)，2011[3] [J]，機(jī)電工程技術(shù)，2010（39卷12期）：85~87[4] 彭光正，[J]，北京理工大學(xué)報(bào)，2006（7）：26卷[5] Ⅱ類人形五指靈巧手機(jī)構(gòu)的研究[J],哈爾濱工業(yè)大學(xué)863計(jì)劃，2009：02017107[6] [J]，機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2013（11）：224~227[7] 武鵬飛，氣動(dòng)機(jī)械手柔性抓取控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真分析[J]，機(jī)床與液壓，2008（12）：116~117[8][C]，第五屆全國(guó)先進(jìn)制造裝備與機(jī)器人技術(shù)高峰論壇暨中國(guó)宇航學(xué)會(huì)機(jī)器人專業(yè)委員會(huì)年會(huì)，杭州（310032）[9] Kanchana C．W，Thananchai L．Study on mechanical behaviors of pneumatic artificial muscles[J].International Journal of Engineering Science，2010(48)：188~198[10] [D].湖南：湖南大學(xué)，2004[11] [M]，北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2006[12] [M]，北京：人民郵電出版社，2014[13] 隋立明,王祖溫,[J]., 10(9):7~8.[14] [M],北京：清華大學(xué)出版社，2013[15] 隋立明，譚世江，趙鐵，[J].液壓與氣動(dòng). 2008, 17(2):48~49.[16] Zhou Hong. Intelligent pneumaticThe latest trend in pneumatic actuators and control systems[M].Proceeding of the 4th International Conference on Fluid Power Transmission and Control,~348.致 謝本畢業(yè)論文是在我的導(dǎo)師閆教授的親切關(guān)懷和耐心指導(dǎo)下完成的。DA轉(zhuǎn)換操作幫助函數(shù)Private Sub HelpCom_Click() k = MsgBox(D/A數(shù)據(jù)輸出轉(zhuǎn)換步驟： + Chr(13) + 。無限小輸出平滑性%絕緣電阻MΩ大于10工作溫度℃40+～120壽命為了滿足設(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。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。 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。如圖314所示設(shè)置MATLAB與ADAMS之間的數(shù)據(jù)交換參數(shù) ，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 ，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。如圖315所示圖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。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) 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)。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，這個(gè)力是隨著手指移動(dòng)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。(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。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(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。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60~100~150~ 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。圖24 手指的關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)1. 手指的指節(jié) 2. 滑塊結(jié)構(gòu) 3. 手指關(guān)節(jié)連桿 手指的關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)A:關(guān)節(jié)機(jī)制氣動(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)。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]。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。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。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。（7）氣動(dòng)系統(tǒng)本神擁有過載保護(hù)的功能。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。 Kanchana ，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]。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。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(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。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。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。 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 Pneumatic muscles。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。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。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，首先要通過實(shí)驗(yàn)來獲得氣動(dòng)肌肉的靜態(tài)特征，采用兩個(gè)氣動(dòng)肌肉來帶動(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]。 浙江工業(yè)大學(xué)張立彬提出了一種新型氣動(dòng)靈巧手指。目前，氣動(dòng)和液壓驅(qū)動(dòng)器是控制技術(shù)兩個(gè)最普遍的應(yīng)用，他們之間許多相似之處，也有很多不同點(diǎn)。統(tǒng)即使有氣體泄漏，它也不會(huì)像的液壓系統(tǒng)，造成嚴(yán)重的污染，與傳統(tǒng)的電機(jī)控制相比，它不容易受電磁干擾。雖然氣動(dòng)技術(shù)有一些缺點(diǎn)，但它也是一個(gè)主要的優(yōu)點(diǎn)，所以氣動(dòng)技術(shù)可以越來越廣泛地應(yīng)用于各種工業(yè)領(lǐng)域。在20世紀(jì)70年代，由于電子技術(shù)在自動(dòng)化領(lǐng)域已得到廣泛推廣，液壓技術(shù)得到了大規(guī)模的應(yīng)用。雖然目前的伺服電機(jī)已經(jīng)達(dá)到所需的一些性能,但是它們的主要缺陷是既大又重而且需要復(fù)雜的傳輸機(jī)制，極大的地限制了機(jī)械手指的使用。 氣動(dòng)肌肉的特性1） 氣動(dòng)肌肉的工作方式圖22 氣動(dòng)肌肉 氣動(dòng)肌肉是一種伸縮驅(qū)動(dòng)器，它是有內(nèi)部伸縮裝置和外部連接器組成它能夠人肌肉一樣工作，內(nèi)部伸縮裝置是由高強(qiáng)纖維的密封軟管組成，當(dāng)內(nèi)部充氣時(shí)，隔膜軟管逐漸膨脹為球體，氣動(dòng)肌肉縱向擴(kuò)張，橫向收縮，帶動(dòng)負(fù)載直線運(yùn)動(dòng)，一開始充氣時(shí)，氣動(dòng)人工肌肉的拉伸力非常大，隨著時(shí)間推移，橫向位移逐漸增大，拉伸力也隨之減少。至此，SolidWorks所遵循的易用、穩(wěn)定和創(chuàng)新三大原則得到了全面的落實(shí)和證明，使用它，設(shè)計(jì)師大大縮短了設(shè)計(jì)時(shí)間，產(chǎn)品快速、高效地投向了市場(chǎng)。圖 25 手指關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)示意圖B：系統(tǒng)分析 本節(jié)的目的是為了確定總輸出力，位移與氣動(dòng)肌肉的驅(qū)動(dòng)力的關(guān)系：1)位置分析:第 11 頁(yè) 當(dāng)肌肉氣壓加載， 氣動(dòng)肌肉壓縮長(zhǎng)度X,連桿L旋轉(zhuǎn)角θ計(jì)算方式如下: 連桿和曲柄半徑分別為L(zhǎng)1和L2,L0是初始位置曲柄和驅(qū)動(dòng)器之間的距離。圖27 繪制長(zhǎng)方形過程3. 其他三個(gè)零件的繪制過程，和剛剛的長(zhǎng)方體類似，一般都是先繪制零件草圖，然后對(duì)草圖進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，拉伸，偏置，鏡像等7處理，得到設(shè)計(jì)