力反馈主从仿人机械手结构设计

摘要

主从遥操作机械手主要应用于远程防御、远程医疗以及远程娱乐等领域。目前，大多数主从式机器人仅依靠视觉反馈，即操作者通过观察现场情况向从端机器人发送操纵指令。然而，单单依靠视觉反馈无法保证操作者作出最佳的操纵决策，因此需要在遥操作系统中增加力觉反馈系统。 为了实现遥操作机器人系统中的力反馈，本文设计了一款力反馈主从仿人机械手。主手以扇形轨道为基础，佩戴在操作者手背上。力反馈主从手的每根手指都由一个电机带动，传动方式均为绳传动，力反馈装置设计在手指的指尖。 本文首先设计了主从手的机械结构、驱动系统和传感系统等。其次，对机械手进行运动学分析，并给出其运动学正、逆解和雅克比矩阵。利用ADAMS对机械手模型进行仿真，得到从手运动规律，建立主从手的运动映射。再次，对从手的抓握姿态进行分析，并求解出从手抓取静力学模型。最后，进行主从机械手力反馈实验，对从手抓握姿态进行验证，并得到主从手实时力反馈数据。 在主从机械手系统中，电机质量大，占用面积大，导致设备笨重。针对电机的缺点，本文对新型人工肌肉材料进行探索，提出了一款记忆合金（SMA）驱动器。完成SMA驱动器的结构设计并进行温控实验，对机械手的响应时间、完成时间、弯曲角度、指尖力和回复时间等进行测试，证明该SMA驱动器具有可行性。

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