仿人机械臂的末端执行器的运动学与力学分析

摘要

随着科技的进步，社会经济的发展，机械手的应用领域在不断的扩大，已经从工业领域应用到日常生活当中。因此为了提高残疾人（特指上肢残疾）的生活质量和增强在日常生活中的自理能力，本课题以仿人机械臂的末端执行器（简称机械手）为研究对象，研制出能够替代人手完成日常生活中的一些事情和结构相对简单的仿人机械手，从而达到所需的功能要求。具体内容如下：
　　（1）从仿生学的角度出发，对仿人机械手的结构进行综合分析，确定了包括一个手掌、三个手指、指节连杆以及推盘等的机械手结构，并利用SolidWorks软件建立三维实体模型。
　　（2）从运动学角度出发，建立运动学模型，对机械手进行了运动学分析。基于运动学分析的理论基础，运用MATLAB/Simulink软件进行了运动学仿真，确定了机械手各个构件在任意时刻的位置、角速度、角加速度以及末端位置的运动轨迹，并对仿真结果进行了分析，得出了机械手运动平稳的结论，表明设计合理。
　　（3）本文对机械手进行了基本的受力分析，得出了机械手在抓取物体时各关节的受力和驱动力的变化趋势，从而确定机械手可以稳定的抓取物体；然后，对机械手进行了强度分析，确定了材料满足强度要求。
　　综上所述，本文完成了仿人机械手的主要结构的构型，利用运动学理论进行了运动学分析及仿真，同时，完成了对仿人机械手基本的受力分析，进行了强度的校核，验证了仿人机械手结构的合理性和可行性。

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第一章 绪论

1.1 课题的提出及研究的目的和意义

1.2 国内外的机械手发展现状

1.3 机械手的发展趋势

1.4 本文研究的主要内容

1.5 本章小结

第二章 仿人机械臂的末端执行器的构型

2.1 引言

2.2 仿人机械臂的末端执行器的结构优化分析

2.3 仿人机械手的机构选型

2.4 仿人机械手的SolidWorks建模与装配

2.5 本章小结

第三章 仿人机械臂的末端执行器的运动学分析

3.1 引言

3.2 机械手指的机构简图

3.3 单个手指的运动学分析

3.4 奇异位形分析

3.5 结论

第四章 基于MATLAB/Simulink的仿人机械臂的末端执行器的运动学仿真

4.1 引言

4.2 机械手指各关节尺寸

4.3手指的运动学仿真

4.4 仿真与仿真结果分析

4.5 本章小结

第五章 仿人机械臂的末端执行器的力学性能分析

5.1 机械手的受力分析

5.2 机械手的力学仿真

5.3 强度校核

5.4 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢