基于超声电机的主操作手装置设计.pdf

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1、基于超声电机的主操作手装置设计王瑁(金陵科技学院机电学院，江苏南京211169)DesignoftheMasterManipulatorDeviceBasedonUltrasonicMotorWANGJun(SchoolofMechanicalandElectricalEngineering，JinlingInstituteofTechnology，Nanjing211169，China)摘要：设计了使用连杆机构作为基本骨架结构配备减速齿轮箱来获得低速大扭矩，这使得整个驱的主操作手装置，由超声电机作为驱动器，能够测量动器和相关机构沉重，人手容易疲劳]。本文设计手指关节弯曲角度，并能提供指尖力

2、反馈。并且采的基于超声电机的主动力反馈主操作手采用外骨架用ADAMS仿真软件，仿真计算出人手指尖所需要结构，在人手自然运动的情况下测量手指关节角度，额外承受的由主手自重带来的力的大小。同时验证手指的运动空间不受影响；同时，超声电机低速大扭主操作手机械设计的合理性与可行性。矩，无需齿轮减速，并且具有响应快捷，转矩／质量比关键词：主操作手；ADAMS；超声电机大等优点]，是目前比较理想的力反馈执行器。中图分类号：TP2411主手单手指的结构设计文献标识码：A文章编号：1001—2257(2011)06—0060—04主操作手也是根据人手的模型进行设计的。由Abstract：Amastermani

3、pulatordevicewhich于人手的结构很复杂，将其进行一定的简化。食指、uselinkagemechanismasabasicskeletonstructure中指具有相同的运动学结构，而拇指的结构较为复isdesigned．Thedeviceusetheultrasonicmotoras杂，简化的结构不尽相同。为了方便设计，在不影响adrive，whichcanmeasurefingerjointbendingan—操作效果的情况下，去掉拇指绕自身轴旋转的一个gle，andcanprovidefingertipforcefeedback．AD—自由度，将所有手指简化成同一结构，均

4、为4个关AMSsimulationsoftwareisusedandsimulatethe节、4个自由度。这样，主操作手各手指的4个关节forcesizewhichiscausedbythefingertipsoutof分别为远端指问关节DIP、近端指间关节PIP、掌指theneedforadditionalexposure．Andverifythe关节MPI和MPII(2个自由度)。其中，DIP，PIP，mechanicaldesignoftherationalityandfeasibility．MP工关节完成屈曲运动，MPII实现侧摆运动。Keywords：mastermanipulat

5、or；ADAMS；ul—主手的结构如图1所示。其中，底板一面固定trasonicmotor于手指根部，另一面与第1连杆的一端通过第1转轴铰接形成掌指关节MPII；第1连杆的另一端与第2连杆的一端通过第2转轴铰接形成掌指关节0引言在主从控制系统中，主操作手(主手)作为人手运动采集系统用于采集手指关节信息，并对手指尖提供力反馈[1]。目前，主动力反馈主操作手分为2种：一种驱动器在手掌内部，采用波纹管或者小气缸；另一种为外骨架式结构，大多采用电磁电机作为驱动器。前者将驱动器置于手掌内部，限制了人手的自然运动l2]。后者采用电磁电机作为驱动器需要电位计1第l连杆底板收稿日期：2011一O2—24图1

6、手指原理结构·60·《机械与电子}2011(6)基于超MPI；第2连杆的另一端与第3连杆的一端通过第套组成，为手指指尖提供力反馈。3转轴铰接形成近端指间关节PIP；第3连杆的另一2主操作手的运动分析端与环形指尖套的外侧面通过第4转轴铰接形成远端指间关节DIP。各转动关节的转轴处分别设置有主操作手作为数据手套可以测量人手指关节的角位移传感器(电位计)，由于尺寸的限制，这里选用弯曲角度。工作时，指尖始终套在连杆末端的环形较为轻便的SV01A型电位计。工作时，指尖始终指尖套中，主操作手和人手在工作时是关联运动的。套在连杆末端的环形指套中。人手做出相应的动作以手指根部为坐标原点，x轴与手背平齐，沿手

7、指时，主操作手各个关节的转角可以通过电位计测得。长度方向，y轴垂直于手背，方向向上，建立主操作图2和图3是主操作手装置A向和B向的2手装置平面坐标系和人手平面坐标系，分别如图4个局部视图，第1转轴与底板固定连接，I形支架和图5所示。(第1连杆)可绕第1转轴自由转动，电位计1固定在L形支架上，整个连杆在手指左右摆动的引导下，通过电位计1可测得关节MP1I左右摆动的角度。L形支架与第2连杆的相对转动可以通过电位计