仿人机械手的结构设计与现实意义

【摘 要】本文阐述了仿人机械手研发的国内外发展现状与存在的问题,并针对这些问题对仿人机械手进行了三维建模以及运动学仿真,同时阐明了仿人机械手研究对社会生活的现实意义.

【关 键 词】仿人机械手；三维建模；运动学仿真

【Abstract】ThispaperdescribesthesituationathomeandabroadofHumanoidrobothandresearchandopenproblems.Tosolvetheseproblems,3DmodelingandkinematicssimulationofHumanoidrobothandaregiven.Atthesametime,thepaperdescribesthepracticalsignificanceoftheresearchofhumanoidmechanicalhandofsociallife.

【Keywords】Humanoidrobothand；3Dmodeling；Kinematicssimulation

0引言

机器人技术的发展是一个国家高科技水平和综合能力的重要标志,而怎么写作机器人是未来社会发展的必然产物,对于怎么写作机器人的研究,尤其是仿人机器人的研究是具有巨大经济价值和历史意义的,其原因有两个：第一,世界老龄化进程的加快,尤其是中国也正进入老龄化社会,照顾老人问题即将成为一个严重的社会问题,而仿人机器人在解决这一社会问题中有着不容置疑的作用；第二,由于各种灾难和疾病造成的残障人士也逐年增加,他们需要越来越多的关心和照顾,如果采用专门的人力将严重增加社会的负担.所以对于怎么写作型机器人的研究,显得格外重要.

目前有很多怎么写作型机器人,但是没有一个机器人可以像人一样有一双灵巧的手,完成只有人类才能实现的复杂动作,本课题就是针对这一问题从仿人机器人的机械手开始研究的.

1国内外发展现状与问题

从1960年由通用电气公司设计制造的造型为两只手指的爪状物开始,为以后的各类机械手打下了基础,到现在为止美国的宇航局（NASA）、哈佛大学和耶鲁大学,日本的大学在机械手的研究上都取得了不小的突破.

我国机械手的研究比较晚但是也做了很多工作,国防科技大学[1]、哈尔滨工业大学[2]也研制出了多指灵巧手.尤其是哈尔滨工业大学机器人研究所研制的“仿人型机器人灵巧手”,2006年5月亮相德国慕尼黑国际机器人及自动化展览会,以其精美的外观、可靠的软硬件系统等赢得了众多参观者的赞赏,并率先进入了国际市场.

由此可见,目前多数国家和企业高校都在对仿人机械手进行研究与设计,不过现在还存在一系列问题,例如：昂贵,实时性不理想,设备笨重,并且大都停留在实验阶段,这些都制约其在实际当中的应用.

2五指仿人机械手设计

本文设计的五指仿人机械手具有的优势有：采用欠驱动控制方式[3],所以机械系统大大简化,机械手大小基本与普通人手大小一致,便于安装到各种怎么写作机器人的移动平台上；同时每个手指都靠手指末端拉力进行运动,也就是说只需要一个拉力便可以实现机械手指的人类手指运动方式,结构紧凑、便于控制、动作灵活；材料可以采用塑料纤维进行加工实现,因此质量轻、便宜,易于普及；可以采用嵌入式的控制方式进行控制,处理速度快,响应时间短.

本文通过Solidworks对五指仿人机械手进行建模,其单指与整手建模图形如下所示：

图1单指结构与整手三维建模

本文通过ADAMS实现仿人机械手的运动学仿真,其仿真图形如下所示：

图2约束添加以及手指运动效果图

3现实意义

对于仿人机械手的研发对社会有着重要意义：其一,对于怎么写作机器人的研制,尤其仿人机器人的研究应用,必将对机器人行业起到积极的促进作用；其二,仿人机械手的研发隶属于制造业,其研制成功与推广,可以增加就业,创造经济价值；其三,其技术的实现可以促进制造业的信息化、自动化和产品的智能化,提升产品技术含量和附加值,从而促进制造业相关技术领域的发展；其四,实现怎么写作机器人上机械手的灵活运动与控制,对于老年人以及残障人士在心理上和身体上都非常有益处,为解决我国社会问题,创建和谐社会做出贡献.

【参考文献】

[1]刘世廉,周华平,马宏绪.一种新型仿人多指机械手的简易实现[J].控制工程,2003,5（10）：147-151.

[2]刘伊威,金明河,樊绍巍,兰天,陈兆.五指仿人机器人灵巧手DLR/HITHandII*[J].机械工业学报,2009,11,45（11）：10-17.

[3]崔海.基于欠驱动机构的机械手爪的研究[J].机械工程学报,2004（05）.

[责任编辑：丁艳]