绳轮式欠驱动机械手设计与实验研究

摘要

人类依靠航天器实现对宇宙的探索。随着科技的发展，对空间非合作航天器的捕获工作变的越来越重要，所需的捕获装置要具有结构简单、质量轻、刚度大、抓握力大等特点。欠驱动机构使用较少的驱动源能适应多种形状的物体，满足上述要求，被越来越多的科学家关注。
　　本文设计一种绳轮结合驱动三指节欠驱动机械手。机械手的手指使用平行四连杆机构运动的原理，实现手指对多种形状物体的自适应包络，选取合适的手指尺寸与所需的传感器类型，并建立三维模型。
　　欠驱动机械手对物体的捕获依靠两个欠驱动手指将物体包络实现，手指的性质对抓握的影响很大。对欠驱动机械手的单个手指的属性进行分析，利用机械手内部的尺寸参数关系得到机械手指的运动学特性。利用拆分杆件法分析静力学特征，得到欠驱动机械手指各指节的输出抓握力与输入驱动力之间的关系。并分析了实际模型与理想模型的接触力与位置之间的误差及其产生原因。
　　目标被稳定抓握的前提条件为两侧手指与物体三者共同达到平衡。欠驱动手指具有自适应性，会沿目标物体轮廓发生自适应变形，最终达到稳定姿态。目标物体通过两侧手指对其的接触抓握力互相平衡达到稳定。使用Matlab对机械手指和目标物体进行静力学分析，以抓握固定尺寸的圆形物体为例，得到该情况下空间中能实现稳定抓握的手指姿态与物体位置。
　　研制机械手样机。完成传感器标定实验。测量电机在不同驱动速度下，欠驱动手指的转动速度，与计算值对比，验证手指的运动学特性。使用单个手指包络不同形状的物体验证自适应性与手指静力学特征。使用两根手指抓握活动物体验证稳定抓握求解答案。通过样机的实验来验证欠驱动机械手的运动学与静力学的分析正确性。

目录

第1章 绪论

1.1 课题来源及研究的背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本课题研究目标和研究内容

第2章 欠驱动机械手机构设计

2.1 引言

2.2 欠驱动机械手设计要求

2.3 欠驱动机械手运动原理

2.4 欠驱动机械手基本尺寸确定

2.5 三维模型建立

2.6 阻尼配置

2.7 本章小结

第3章 绳轮欠驱动单手指抓握运动与抓握力分析

3.1 引言

3.2 欠驱动手指关节坐标系建立

3.3 驱动绳索与机构位移关系方程

3.4 欠驱动机械手指基础静力平衡方程

3.5 杆件宽度对机械手指抓握的影响

3.6 本章小结

第4章 绳轮欠驱动机械手抓握过程与稳定状态分析

4.1 引言

4.2 机械手稳定抓握模型建立

4.3 使用Matlab计算抓握圆形物体的结果

4.4手指包络圆形物体ADAMS仿真

4.5 本章小结

第5章 欠驱动机械手爪机构样机研制与试验

5.1 引言

5.2 样机机械结构与测量系统搭建

5.3 传感器标定实验

5.4 欠驱动机械手指运动速度验证实验

5.5 欠驱动机械手指自适应性验证实验

5.6 欠驱动机械手稳定抓握区域验证实验

5.7 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢