【正文】 態(tài)。機器手由 5個可彎曲的手指機構(gòu)和一個手掌機構(gòu)連接而成。拇指為兩截運動串級耦合組成，其余四指為三節(jié)串級耦合組成。電源可以外接。一。之間的公垂線，對于與 z軸相交的相鄰兩關(guān)節(jié)， z軸定義為兩條軸線構(gòu)成的平面的垂線．據(jù)此建立仿人靈巧手的坐標(biāo)系如圖 41所示． 圖 41 靈巧手坐標(biāo)系 圖中只標(biāo)注了拇指、食指以及小指的坐標(biāo)系，中指及無名指的坐標(biāo)系與食指完全相同．參考坐標(biāo)系為手掌坐標(biāo)系．手掌坐標(biāo)系建立在手腕旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)處．除小指外每個手指具有 4個關(guān)節(jié)，從指根到指尖依次標(biāo)注為關(guān)節(jié) 1至關(guān)節(jié) 4，小指具有 5個關(guān)節(jié)，同其他手指一樣依次標(biāo)注為關(guān)節(jié) 1至關(guān)節(jié) 5． 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 靈巧手正運動學(xué)解 以食指為例建立的 DH參數(shù)表如表 41． 關(guān)節(jié)數(shù) i? id /1?ia (176。 ) 1 1? 0 11 90 2 2? 0 50 0 3 3? 0 30 0 4 4? 0 25 0 表 41 食指 DH參數(shù)表 每個關(guān)節(jié)的變換矩陣 Ai定義為 (其中下標(biāo) i代表關(guān)節(jié)數(shù)， c代表 COS， S代表sin)． Ai=rot(z， θ i )Trans(0， 0， di)Trans(ai， 0， 0)rot(x， α i) = ??????????????10000ciiiiiiiiiiiiiiiiidcssscccscsscs???????????????? 食指的正運動學(xué)解是相鄰關(guān)節(jié)之間的 6個變化矩陣的乘積． ??????????????1000432140zzzzyyyyxxxxpaonpaonpaonAAAAT 式中： 43213214321321 )()( ?????????????? scscscccssccc x ????? 。 1?sax ? 。 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 43213214321321 )()( ?????????????? scssccscsssccsn y ????? 。 1?cay ?? 。 4323243232 )()( ?????????? sccsscsccsb z ????? 。 0?za 。 矢量 n， o， a， p表示食指末端的位姿． 類似地求得其它 4指的正運動學(xué)方程，并將其表達(dá)在手掌坐標(biāo)系中．有 ????????????????1000...104pa l m fzfzfzfzfyfyfyfyfxfxfxfxfnfffpaonpaonpaonAAAT 式中： f=0， 1， ?， 4，分別表示靈巧手的 4個手指， f0A 為手指及關(guān)節(jié)對于手掌坐標(biāo)系的變換．分別將各手指的 D— H參數(shù)代人求得各手指的變換矩陣，由上式即可求得手指任何關(guān)節(jié)的空間位姿． 將表 1中靈巧手指的數(shù)據(jù)在 Matlab下仿真，得到食指末端的運 動空間如圖 42所示． 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 圖 42 食指末端工作空間 仿人靈巧手動力學(xué)模型 NewtonEuler方程采用多個方程組成的聯(lián)立方程式組來刻畫由多個剛體組成的機器人系統(tǒng)。 Newton— Euler方程導(dǎo)出的方程可以寫為如下的遞推形式 [4]。 NewtonEuler逆動力學(xué)遞推算法的框圖如圖 43。 首先應(yīng)用三維實體造型軟件 solidworks 對所設(shè)計的手指進(jìn)行實體 造型 (如圖22所示 )， 然后導(dǎo)入到機械系統(tǒng)動力學(xué)分析軟件 ADAMS中，再按各構(gòu)件之間的約束關(guān)系定義運動副等，即得到了手指的虛擬樣機模型，如圖 51a 所示。從仿真結(jié)果可以看出，所設(shè)計的手指機構(gòu)在運動過程中三個關(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，說明了設(shè)計的正確性和合理性。 假設(shè)用該手指去抓持一個固定不動的圓柱體。手指開始運動，當(dāng)下指節(jié)碰觸到物體后停止運動，如圖 52b 所示。同理，由于“解耦裝置”的作用，上指節(jié)仍然可以繼續(xù)運動，直到上指節(jié)也接觸到物體為止，整個手指的運動才停止，這時手指與物體的位置關(guān)系如圖 52d 所示。 a b 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 c d 圖 52 手指各指節(jié)的運動耦合關(guān)系分析結(jié)果 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 電機的選用 仿人靈巧手的驅(qū)動不但要求電機驅(qū)動系統(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)動要具有盡可能寬的高效率區(qū)舊 J。步進(jìn)電機接收的是矩形波信號，所以它傳遞的轉(zhuǎn)速／轉(zhuǎn)矩都非常精準(zhǔn)，其缺點是功率不能做大；直流電機具有響應(yīng)快速，較大的起動轉(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，但直流電機的優(yōu)點也正是它的缺點，因為直流電機要產(chǎn)生額定負(fù)載下恒定轉(zhuǎn)矩的性能，則電樞磁場與轉(zhuǎn)子磁場須恒維持 900，這就使碳刷及整流子在電機轉(zhuǎn)動時會產(chǎn)生火花，碳粉除了會造成組件損壞 之外，使用場合也受到限制；伺服電機的功率可大可小，它接收波形電信號，轉(zhuǎn)動誤差大，一般要加校正回路彌補其誤差。 舵機是一種位置伺服的驅(qū)動器，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。跟其他電機一樣，它的選型也要考慮到力矩、工作電壓等，綜上所述，市場的舵機大都能滿足以上要求，結(jié)合舵機的價格和質(zhì)量，最終設(shè)計選用了 Futaba$3003，如圖 13所示 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 控制 系統(tǒng)的選擇 在選擇好動力系統(tǒng)的同時，所要考慮的是如何產(chǎn)生控制舵機運動的控制信號，本文選擇單片機 AT89S52 作為控制單元，單片機可以使 PWM（脈沖調(diào)制）信號的脈沖寬度實現(xiàn)微秒級的變化，從而提高舵機的轉(zhuǎn)角精度。 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 結(jié)語 為期 幾個 月的畢業(yè)設(shè)計即將結(jié)束了，在這 幾個 月里我在同學(xué)和老師的幫助下完成了 仿人柔性機械 手 的設(shè)計 任務(wù) 。以前的所做的一些設(shè)計主要是根據(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，所以相對而言比較簡單，不能完全達(dá)到鍛煉自己動手能力的目的。并對 我 如何根據(jù)要做的課題對現(xiàn)有的資料進(jìn)行理解和運用的能力的考核。 從剛 確定畢業(yè)設(shè)計課題以來，我首先是查找一些相關(guān)的書籍及資料，然后分析設(shè)計，并根據(jù)實際情況擬定設(shè)計方案，從而達(dá)到優(yōu)化方案。 同時，通過這次畢業(yè)設(shè)計， 我 在各個方面都有了很大的提高，特別是在理論和實踐結(jié)合方面使 我 受益匪淺，使大學(xué)里學(xué)習(xí)的理論知識在根本上得到一次最完整的實踐和提高。 同時，在本次畢業(yè)設(shè)計中深深認(rèn)識到自己的各個方面的不足之處，本著提高動手能力以及檢測四年所學(xué)知識的目的，我嚴(yán)格要求自己，每一環(huán)節(jié)都認(rèn)真對待，定期向 知道老師報告進(jìn)展情況和請教不懂的地方，得以完成任務(wù)。由于環(huán)境條件的影響，理論與實踐還是有一定的差距，這也要求 我 在實踐中注意檢驗的積累。在論文寫作的關(guān)鍵步驟上，導(dǎo)師給了我很大的幫助和指導(dǎo)，同時在學(xué)習(xí)的每一個細(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。我的設(shè)計分析較為復(fù)雜煩瑣，但是蔣 老師仍然細(xì)心地糾正分析過程的錯誤，讓我少走了很多彎道。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課題的時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。是他們在挫折時， 給了 我信心與前進(jìn)的動力；是他們在快樂時，分享我的喜悅。 最后感謝我的母校 — 常熟理工學(xué)院四年來對我的大力