仿人手掌的机器人变掌机构设计与分析

摘要

针对大小不同、形状各异的物体,机器人多指手的抓取规划和控制问题目前尚未得到完善的解决.为此,提出利用仿人手掌来提高机器人多指手的灵巧度以及扩大其工作空间,以降低抓取规划和控制的难度.首先,分析了人体手掌的运动特点,根据人体手掌的骨骼结构,研发了一种仿人手掌的机器人变掌机构,该变掌机构具有6个自由度,通过构型变换,可使安装于变掌机构的手指改变工作空间以及抓取点位置.其次,通过建立变掌机构的数学模型,分析已知抓取点个数和抓取点位置时变掌机构的6个自由度.然后,利用三维软件对变掌机构进行建模,并对其抓取动作进行仿真.最后,通过实验平台以及实物样机进行抓取实验,分别利用刚性手指、柔性手指对13种不同的物体进行抓取,验证了变掌机构的抓取能力以及适应性.该仿人手掌的机器人变掌机构能够简单快速地实现自适应构型,可以对尺寸、质量、形状差异较大的物体进行抓取,适用于二指、三指、四指的抓取,并且可连接刚性或柔性手指,既提高了机器人多指手的抓取质量以及适应性,又降低了其抓取规划和控制的难度.研究结果可对机器人多指手的普遍应用提供借鉴意义.