基于欠驱动机理的假手手指及其传感系统的研制

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1、摘要在灵巧手技术推动下，用于残疾人康复工程的假手的研究近年来也十分活跃。这项研究的一大难题是设计的重量轻、体积小、输出力大、噪音底的足够灵活的多自由度假手。本文将欠驱动的理论引入到假手设计中来，很好的解决了假手的复杂性和灵活性之间的矛盾，研制成功的假手手指重量轻，体积小，便于控制，同时灵活性好，具有完全的抓握自适应性能力。为解决假手研制的这项难题奠定了良好的基础。本文首先对欠驱动的模型进行了深入的理论分析，建立了欠驱动模型运动传递的数学方程，在此基础上确定了结构设计的中各项参数选取的理论依据和数学方法。并最终成功完成基于欠驱动机理的单驱动源3自由度的假手手指的机构设

2、计。在手指的机构设计中，本文还运用Adams虚拟样机仿真技术，根据手指的工作状态要求，对手指进行了运动学、动力学和静力学分析，以指导设计，达到设计的最优化，本文给出了最终研制成功的手指的各项仿真结果。力位感知是假手抓握和操作的重要条件，本文设计了关节力矩传感器和位置传感器及其信号调理电路。力矩传感器与欠驱动的杆件模型有机融合，能够完全测量整个手指的各处受力在基关节处的力矩，位置传感器采用非接触式磁阻测量原理，精度高、性能稳定、使用寿命长。最后本文进行了手指抓取实验和位置控制实验，结果表明，研制成功的假手手指具有良好的抓握自适应性，能够提供比较大的抓握力，并通过位置控

3、制实验的结果与理论计算和仿真分析的比较，验证了欠驱动机构的工作有效性。关键词假手;欠驱动;自适应性;力矩传感器:虚拟样机哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractWiththedevelopmentofthedexterousrobothandstechnology,researchonprosthetichandisalsoactiveinrecentyears.Thedificultyoftheresearchistodesignatypeofdexterousandmulti-DOFprosthetichandwithlow-weight,small-vo

4、lume、bigdriverforceandlownoise.Thispaperintroducesaninnovativeapproachforthedesignanddevelopmentofprosthetichandsbasedonunderactuatedmechanism,resolvesthecontradictionbetweenmulti-DOFanddexterousofprosthetichandsuccessful琢Andthenewtypeofprostheticfingerdevelopedinthispaperislight,small

5、,convenientforcontrolandhaveenoughflexibilitywithwellself-adaptability.Theunderactatedmechanismiswellanalyzedinthepaper.Equationonmovingtranslationofunder-actuationmodelhavebeenestablished,basedonwhichtheacademicreasonandmathematicmethodonselectionofkindsofparametersduringtheprocessofs

6、tructuredesignarepresented.Finallythestructuredesignofanewtypeofprostheticfingerwithonedriverand3-DOFissuccessfullycompletedIntheprocessofstructuredesignofthefinger,performanceofkinematicsanddynamicsofthefingerwasanalyzedaccordingtotheworkingstateofthefingerbyvirtualprototypesimulation

7、inAdams,whichcontributestooptimizationdesignoftheprostheticfinger.Thefinalsimulationresultofthenewtypeofprostheticfingerisalsopresentedinthispaper.Thejointtorqueandpositionsensingisveryimportantforthegraspingmanipulation.Thetorquesensorisbuiltonacantileverstructure,whichisintegratedt