多自由度气动人工肌肉机械手指结构设计及控制

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1、ZhejiangSci-TechUniversity硕士学位论文Master’sThesis中文论文题目:多自由度气动人工肌肉机械手指结构设计及控制英文论文题目：StructureDesignandControlofSeveralFreedomsMechanicalFingersDrivenbyPneumaticArtificialMuscles学科专业：机械电子工程作者姓名：毛文波指导教师：金英子教授完成日期：2015年12月23日浙江理工大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进

2、行的巧究工作及取得的研究成果。除了文中特别加Ｗ桥注和致谢的地方外，论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得浙江理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表不谢意。学位论文作者签名；车签字日期：年３月日浙江理工犬学学位论文版权使用授权书水学化论文作者完全了解浙江莲工大学有权保留并向国家有关部口或机构送交本论文的复印件和磁盘。，允许论文被查阅和借閑水人授权浙江理工大学可Ｌ乂将学

3、位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播Ｌ乂采用影印、缩印或担描等复制手段保，可存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本授权书）学位论文作者签名：诚３＊签字日期：年月／〇日．导师签名；伽ｌｂ！＾签字日期年月／〇日：扛浙江理工大学硕士论文多自由度气动人工肌肉机械手指结构设计及控制摘要随着工业机械化和自动智能化的发展，各个领域都取得的很大的进步，其中机器人的设计研究成为热门，并不断取得突破。机器人主要可以分为工业机器人和仿生机器人，机器人已经从最初的工业领域扩展到

4、医疗康复业、服务业、农业等各个领域，即将普及于每个家庭。本文研究的是气动机械手，相比于一般机器人，气动机械手是由一种新型的具有柔顺性好、安全性高、重量/功率比大、工作简单、动作平滑的仿生学执行结构—气动人工肌肉驱动的。气动人工肌肉被广泛应用于仿生、专业医疗康复训练、服务等相关机器人领域，在此背景下，有关气动人工肌肉的相关研究深受研究人员青睐。本文将气动人工肌肉作为执行机构，根据人手结构特点及运动特点，设计了一种多自由度气动人工肌肉机械手，整个机械手包括四个结构相同的手指、一个大拇指、一个手掌。每个手指具有三个自

5、由度，由三个关节和多个配件组成。气动人工肌肉通过钢丝绳拉动滑轮，从而带动关节转动，实现仿人手功能，具有良好的仿生性。本文的主要工作如下：分析人手结构及运动，利用三维建模UG软件设计了多自由度气动人工肌肉机械手。整个机械手的尺寸是人手基本尺寸的1.5倍，其结构包括：大拇指、手指、手掌。以食指为对象，对手指进行了运动学正解、逆解分析。根据分析结果，利用MATLAB得到了手指指尖的运动范围。每根手指的三个自由度分别为：手指近指节屈伸转动范围为0~80°，中指节为0~90°，远指节为0~60°。依据气动回路工作原理和硬

6、件控制原理，进行了气动回路的设计、气动元件和硬件的选型，并分析了机械手指单关节的运动控制原理及控制方法，对控制界面的软件实现进行了编辑设计。搭建了气动人工肌肉机械手整个实验台，利用控制界面进行机械手指单关节跟踪响应实验和机械手指各关节实验，得到各关节运动范围，验证机械手结构的合理性以及机械手的仿生性和柔顺性。关键词：气动人工肌肉；机械手；气动回路；运动控制；关节实验I浙江理工大学硕士论文多自由度气动人工肌肉机械手指结构设计及控制ABSTRACTWiththedevelopmentoftheindustrialm

7、echanizationandautomaticintelligent,allareashavemadegreatprogress,androbotresearchisoneofthemostpopularobjectsandhasmadegreatprogress.Therobotsaredividedintoindustrialrobotandintelligentbionicrobot,whichhavebeenexpandedfromtheoriginalindustrytothehealthcarei

8、ndustry,serviceindustry,agricultureandotherfields,andwillbepervasiveineveryfamily.Pneumaticmanipulatorisstudiedinthispaper.Comparedtogeneralrobot,pneumaticmanipulatorisdrivenbyanewtypeofrunnings