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欠驱动机械手的设计与实验研究

王嘉研  
【摘要】:目前在灵巧机械手的研制过程中,最为重要的任务仍然是解决机械手的驱动与控制问题。传统机械手的控制策略集中了信息科学、控制学、电子学等领域的知识,使机械手的控制策略显得复杂而庞大。本文设计了一种基于变胞原理的欠驱动机械手爪,机械手有三个手指分支,由新型三自由度差动轮系驱动,实现1个驱动元件对机械手三个分支9个自由度的驱动。同时,三个手指之间的相对方位可根据抓取目标物的形状而自动调整以保证抓取的可靠性,可用于不同形状和尺寸的目标物的抓取作业,实现对抓取物体形状的机械自适应性。 本文首先根据基于变胞机构的欠驱动机构原理对机械手指的工作原理和特点做了详细的分析,在此基础上构思设计了基于一套连杆机构的欠驱动手指机构,并对其进行运动学分析,从而确定影响欠驱动机械手性能的结构参数。 其次使用三维建模工具Pro/E软件对机械手各主要零部件进行了详细的结构和功能设计,建立了欠驱动机械手的三维实体模型。在ADAMS中建立了机械手的虚拟样机,对机械手运动学和动力学性能进行仿真研究,完成机械手抓取不同目标物时的运动学、动力学仿真。通过分析机械手在抓取不同尺寸和形状物体时的仿真结果,验证了多自由度欠驱动机械手设计方案的可行性。 最后,利用快速成型机制造出欠驱动机械手的各部分零件。对零件进行装配,调试欠驱动机械手的运动,并应用欠驱动机械手对不同形状的物体进行了抓取试验。验证了所设计的机械手的可行性。


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