【導(dǎo)讀】物品拿取任務(wù)的要求，采用轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和連桿機(jī)構(gòu)相結(jié)合，設(shè)計(jì)了五指型機(jī)器手。詳細(xì)分析了機(jī)器手手指機(jī)構(gòu)、手掌機(jī)構(gòu)、手指間輔助平衡機(jī)構(gòu)的工作原理，給出了設(shè)計(jì)方案，并根據(jù)總體設(shè)計(jì)要求選定了關(guān)鍵參數(shù)。通過(guò)虛擬樣機(jī)技術(shù)驗(yàn)證

　　

【正文】 定電機(jī)的運(yùn)動(dòng)后即可對(duì)手指的虛擬樣機(jī)進(jìn)行仿真分析，并檢測(cè)手指各關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)角 I q II q 和 III q 值，其結(jié)果分別如圖 51b 、 c 和 d 所示。從仿真結(jié)果可以看出，所設(shè)計(jì)的手指機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中三個(gè)關(guān)節(jié)的耦合關(guān)系同理論推導(dǎo)出的關(guān)系式 (8)是完全吻合的，說(shuō)明了設(shè)計(jì)的正確性和合理性。 a b C d 圖 51 手指各指節(jié)的運(yùn)動(dòng)耦合關(guān)系分析結(jié)果 進(jìn)一步應(yīng)用所建立的手指虛擬樣機(jī)來(lái)分析手指在抓持物體時(shí)自適應(yīng)的能力。 假設(shè)用該手指去抓持一個(gè)固定不動(dòng)的圓柱體。手指相對(duì)被抓持物體的初始位置如常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 圖 52a 所示。手指開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，當(dāng)下指節(jié)碰觸到物體后停止運(yùn)動(dòng)，如圖 52b 所示。由于“解耦裝置”的作用，電機(jī)可以繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)中、上指節(jié)也繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)中指節(jié)碰觸到物體后也停止運(yùn) 動(dòng)，如圖 52c 所示。同理，由于“解耦裝置”的作用，上指節(jié)仍然可以繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，直到上指節(jié)也接觸到物體為止，整個(gè)手指的運(yùn)動(dòng)才停止，這時(shí)手指與物體的位置關(guān)系如圖 52d 所示。從這一抓持物體的仿真過(guò)程可以看出，所設(shè)的手指具有很好的自適應(yīng)抓持物體的能力，從而保證了對(duì)不同幾何特征物體的有效抓持。 a b 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 c d 圖 52 手指各指節(jié)的運(yùn)動(dòng)耦合關(guān)系分析結(jié)果 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 電機(jī)的選用 仿人靈巧手的驅(qū)動(dòng)不但要求電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有轉(zhuǎn)矩質(zhì)量比、寬調(diào)速范圍、高可靠性，而且電機(jī)的轉(zhuǎn) 矩一轉(zhuǎn)速特性受電源功率的影響，這就要求驅(qū)動(dòng)要具有盡可能寬的高效率區(qū)舊 J?？v觀(guān)機(jī)器人大賽、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室、科研機(jī)構(gòu)等制作使用的電機(jī)無(wú)非是步進(jìn)電機(jī)、直流電機(jī)、直流伺服電機(jī) 3種 ?。步進(jìn)電機(jī)接收的是矩形波信號(hào)，所以它傳遞的轉(zhuǎn)速／轉(zhuǎn)矩都非常精準(zhǔn)，其缺點(diǎn)是功率不能做大；直流電機(jī)具有響應(yīng)快速，較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，從 0轉(zhuǎn)速至額定轉(zhuǎn)速具備可提供額定轉(zhuǎn)矩的性能，但直流電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)也正是它的缺點(diǎn)，因?yàn)橹绷麟姍C(jī)要產(chǎn)生額定負(fù)載下恒定轉(zhuǎn)矩的性能，則電樞磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)須恒維持 900，這就使碳刷及整流子在電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生火花，碳粉除了會(huì)造成組件損壞 之外，使用場(chǎng)合也受到限制；伺服電機(jī)的功率可大可小，它接收波形電信號(hào)，轉(zhuǎn)動(dòng)誤差大，一般要加校正回路彌補(bǔ)其誤差。綜上所述，步進(jìn)電機(jī)不容易實(shí)現(xiàn)控制，直流電機(jī)的慣性大，而舵機(jī)可以克服以上缺點(diǎn)，因此文中選用舵機(jī)。 舵機(jī)是一種位置伺服的驅(qū)動(dòng)器，適用于那些角度需要不斷變化并可以保持的控制系統(tǒng)口 J。舵機(jī)是一個(gè)典型閉環(huán)反饋系統(tǒng)。跟其他電機(jī)一樣，它的選型也要考慮到力矩、工作電壓等，綜上所述，市場(chǎng)的舵機(jī)大都能滿(mǎn)足以上要求，結(jié)合舵機(jī)的價(jià)格和質(zhì)量，最終設(shè)計(jì)選用了 Futaba$3003，如圖 13所示 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 控制 系統(tǒng)的選擇 在選擇好動(dòng)力系統(tǒng)的同時(shí)，所要考慮的是如何產(chǎn)生控制舵機(jī)運(yùn)動(dòng)的控制信號(hào)，本文選擇單片機(jī) AT89S52 作為控制單元，單片機(jī)可以使 PWM（脈沖調(diào)制）信號(hào)的脈沖寬度實(shí)現(xiàn)微秒級(jí)的變化，從而提高舵機(jī)的轉(zhuǎn)角精度。單片機(jī)完成控制算法，再將計(jì)算結(jié)果轉(zhuǎn)化為 PWM 信號(hào)輸出到舵機(jī)，由于單片機(jī)系統(tǒng)是一個(gè)數(shù)字系統(tǒng)，其控制信號(hào)的變化完全依靠硬件計(jì)數(shù)，所以受外界干擾較小，整個(gè)系統(tǒng)工作可靠。 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 結(jié)語(yǔ) 為期 幾個(gè) 月的畢業(yè)設(shè)計(jì)即將結(jié)束了，在這 幾個(gè) 月里我在同學(xué)和老師的幫助下完成了 仿人柔性機(jī)械 手 的設(shè)計(jì) 任務(wù) 。 畢業(yè)設(shè)計(jì)作為綜合性的設(shè)計(jì)，它不同于以前教學(xué)中的實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)等實(shí)踐環(huán)節(jié)。以前的所做的一些設(shè)計(jì)主要是根據(jù)相關(guān)的課本及老師所給資料去完成的，有一定的參照性，所以相對(duì)而言比較簡(jiǎn)單，不能完全達(dá)到鍛煉自己動(dòng)手能力的目的。而畢業(yè)設(shè)計(jì)則是對(duì) 我 大學(xué)四年所學(xué)知識(shí)的一個(gè)綜合的訓(xùn)練及考核，是對(duì)所學(xué)知識(shí)的應(yīng)用能力和大學(xué)所學(xué)理論知識(shí)對(duì)實(shí)踐技能相結(jié)合的全面的檢驗(yàn)。并對(duì) 我 如何根據(jù)要做的課題對(duì)現(xiàn)有的資料進(jìn)行理解和運(yùn)用的能力的考核。真正做到了理論聯(lián)系實(shí)際，把以前所學(xué)的知識(shí)綜合貫通進(jìn)行實(shí)踐，并在實(shí)踐中不斷學(xué)習(xí)和自我完善。 從剛 確定畢業(yè)設(shè)計(jì)課題以來(lái)，我首先是查找一些相關(guān)的書(shū)籍及資料，然后分析設(shè)計(jì)，并根據(jù)實(shí)際情況擬定設(shè)計(jì)方案，從而達(dá)到優(yōu)化方案。在研究設(shè)計(jì) 機(jī)構(gòu)時(shí)，我優(yōu)化并簡(jiǎn)化了 設(shè)計(jì)，這就省去了一部分時(shí)間 。 同時(shí)，通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)， 我 在各個(gè)方面都有了很大的提高，特別是在理論和實(shí)踐結(jié)合方面使 我 受益匪淺，使大學(xué)里學(xué)習(xí)的理論知識(shí)在根本上得到一次最完整的實(shí)踐和提高。也為我即將面臨的工作奠定了很好的基礎(chǔ)。 同時(shí)，在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中深深認(rèn)識(shí)到自己的各個(gè)方面的不足之處，本著提高動(dòng)手能力以及檢測(cè)四年所學(xué)知識(shí)的目的，我嚴(yán)格要求自己，每一環(huán)節(jié)都認(rèn)真對(duì)待，定期向 知道老師報(bào)告進(jìn)展情況和請(qǐng)教不懂的地方，得以完成任務(wù)。 在以后的工作中， 我 必須進(jìn)一步深化在實(shí)踐中去豐富理論，完善知識(shí)結(jié)構(gòu)。由于環(huán)境條件的影響，理論與實(shí)踐還是有一定的差距，這也要求 我 在實(shí)踐中注意檢驗(yàn)的積累。 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 參考文獻(xiàn) [1] 徐元昌，陶學(xué)恒，沈曉紅 . 工業(yè)機(jī)器人 [M]. 北京： 中國(guó)輕工業(yè)出版社 ， 1999. 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[9] 華大年 . 機(jī)械原理 [M]. 北京： 高等教育出版社 ， 1994. 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 致謝 經(jīng)過(guò)半年的忙碌和工作，畢業(yè)設(shè)計(jì)接近了尾聲， 在這段時(shí)間中我所做的工作是比較膚淺的，很多方面由于知識(shí)跨度較大，我的設(shè)計(jì)方面的基礎(chǔ)顯得很欠缺，所以遇到了不小的困難。在論文寫(xiě)作的關(guān)鍵步驟上，導(dǎo)師給了我很大的幫助和指導(dǎo)，同時(shí)在學(xué)習(xí)的每一個(gè)細(xì)節(jié)上都為我考慮得很周到， 論文能夠完成，首先要感謝的是我的導(dǎo)師何老師。 蔣老師 平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)的每個(gè)階段，從外出實(shí)習(xí)到查閱資料，設(shè)計(jì)草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細(xì)設(shè)計(jì)， 圖紙分析 等 整個(gè)過(guò)程中都給予了我悉心的指導(dǎo)。我的設(shè)計(jì)分析較為復(fù)雜煩瑣，但是蔣 老師仍然細(xì)心地糾正分析過(guò)程的錯(cuò)誤，讓我少走了很多彎道。除了敬佩 蔣 老師的專(zhuān)業(yè)水平外， 她 的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)研究的精神也是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作 在本文的完成過(guò)程中，我還要感謝的是在大學(xué)期間給我授過(guò)課的老師，正是他們出色的工作使我掌握了較為扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)，本課題的研究過(guò)程中我多次得益于大學(xué)階段的學(xué)習(xí)。本文所引用文獻(xiàn)的作者也給我了很大的幫助，正是他們做在前面的工作使我在做這個(gè)課題的時(shí)候有很多資料可以借鑒，有很多前人的方法可以參考，他們的工作大大的豐富了我的思路，給我了很多有益的啟示。 然后， 感謝我的家人。是他們?cè)诖煺蹠r(shí)， 給了 我信心與前進(jìn)的動(dòng)力；是他們?cè)诳鞓?lè)時(shí)，分享我的喜悅。感謝所有關(guān)心和幫助過(guò)我的人。 最后感謝我的母校 — 常熟理工學(xué)院四年來(lái)對(duì)我的大力栽培。 謝謝！