毕业论文《仿人灵巧手的机构设计》

《毕业论文《仿人灵巧手的机构设计》》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业论文《仿人灵巧手的机构设计》（30页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、目录仿人灵巧于的结构设计（控制）I摘要IAbstractII1绪论11.1课题的来源11.2机器手的定义11.3研究此课题目的及意义21.4 国外的研究状况21.5 国内的研究状况5本章小结72灵巧的机构设计思路9木章小结103 硬件的原理及选择113.1驱动执行器件的选择OH113.2伺服电机驱动电路的选择123.3系统软件控制对象的控制原理153.4 SSC-32控制器工作原理句16本章小结174控制软件的原理与开发184.1开发工具1184.3控制软件的开发194.4 MSComm控件属性设置204.5控制软件程序设计21本章小结22总结和展望23致谢26参考文献27附录30仿人灵巧手的

2、结构设计（控制）摘 要随着信息技术的飞速发展，自动化成为21世纪制造业发展的重要趋势。机器人已成为 人类研究的热点，而机器人末端手也成为热点之一。本文重点介绍了仿人灵巧手的发展, 及国内外近二十年来的典型仿人灵巧手的结构和特点。对四指仿人灵巧手的结构的选取以及 在制作过程中出现的问题的解决办法的说明，为深入研究该灵巧手的机构提供了理论依据。 研究了仿人灵巧手串口通信控制系统的实现模式，制定了控制系统总体方案。设计了仿人灵 巧手硬件控制系统，由于使用mini USB32路舵机控制器，使得控制程序的编制效率大为提 搞，详细阐述了下位机控制系统硬件和软件设计过程。实现了对灵巧手手各关节的控制。最 后

3、，对本文的工作做了总结，指出了工作的成果及意义，并对今后的进一步工作进行了展望。 关键词：四肢灵巧手;结构选取;串口通信The structure of the humanoid dextrous hand design (control)AbstractWith the rapid development of information technology, automation to become a 21st century manufacturing development important trends. Robot has become a human research hot

4、spot, and robot end has become one of the hotspots - hand. This paper introduces the development of humanoid dextrous hand at home and abroad, and the typical nearly two decades of humanoid dextrous hand structure and features. For four refers to the structure of humanoid dextrous hand in making the

5、 selection and appeared in the process of a solution to the problem of instructions, for further research on expeimental results provide theoretical basis for the institution. Research the humanoid dextrous hand serial interface communication control system realization model, the control system over

6、all scheme formulated. Design the humanoid dextrous hand hardware control system, by using SSC 32 servo motor controller, making control programming efficiency greatly is mention make, illustrates the next place machine control system hardware and software design process. Realize the dexterous hand

7、hand of each joint control. Finally, for the work of this paper summarizes the achievements, points out the work and significance, and the further work for the future was prospected.Keywords:Limb dexterous hand,Structure selection ,Serial communication1绪论1.1课题的来源20世纪以来，随着高新技术的发展，机器人成为迅速发展起来的多门学科与高 新

8、技术密切结合的机电一体化产品。仿人形机器人成为研究人员的热点。人类与动物 相比，除了拥有理性的思维能力、准确的语言表达能力外，还拥有一双使人类骄傲的 灵巧的手。正因如此，让机器人也拥有一双灵巧的手成了许多科研人员的目标，对多 只灵巧手的智能抓持，位置协调控制的研究也成为是机器人学研究的热点之一。1.2机器手的定义能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的 自动操作装置。机械手是最早出现的工业机器人，也是最早出现的现代机器人，它可 代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安 全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。机

9、械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。手部是用来抓持工件（或 工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构 形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移 动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、 伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。为了抓取空间中任意位置和方位 的物体，需有6个自由度。自由度是机械手设计的关键参数。自由度越多，机械 手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有23个自由度。 控制系统是通过对机械手每个自由度的电机的控制，来完成特定动作。同时接收传感

10、器反馈的信息，形成稳定的闭环控制。控制系统的核心通常是由单片机或数字信号处 理系统等微控制芯片构成，通过对其编程实现所要功能。机械手大多是做成多关节的。因为多关节的优点是：动作灵活、运动惯性小、 通用性强、能抓取靠近机座的工件，并能绕过机体和工作机械之间的障碍物进 行工作随着生产的需要，对多关节手的灵活性，定位精度及作业空间等提出越 来越高的要求。多关节手也突破了传统的概念，其关节数量可以从三个到十几 个甚至更多，其外形也不局限于象人的手臂，而根据不同的场合有所变化，多 关节手的优良性能是单关节手所不能比拟的。1.3研究此课题目的及意义1.3.1以提高生产过程中的自动化程度应用仿人机械手能模仿

11、人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物 件或操作工具的自动操作装置，有利于实现材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以 及机器的装配等的自动化的程度，从而可以提高劳动生产率和降低生产成本。为了代 替人类在某些苛刻的场合从事生产，或用于流水作业，以机械手往复的工作，节约人 的体力。由于机械手在生活中的大量运用，使得人类的生产率有了大幅的提高，同时也改 善了我们的工作环境。让人类的生活变得越来越智能化。1.3.2以改善劳动条件，避免人身事故在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其他毒性污染 以及工作空间狭窄的场合中，用人手直接操作是有危险或根本不可能的，而应用仿人 机械

12、手即可部分或全部代替人安全的完成作业，使劳动条件得以改善。在一些简单、 重复，特别是较笨重的操作中，以仿人机械手代替人进行工作，可以避免由于操作疲 劳或疏忽而造成的人身事故。1.3.3可以减轻人力，并便于有节奏的生产应用仿人机械手代替人进行工作，这是直接减少人力的一个侧面，同时由于应用 仿人机械手可以连续的工作，这是减少人力的另一个侧面。因此，在自动化机床的综 合加工自动线上，目前很少应用机械手，以减少人力和更准确的控制生产的节拍，便 于有节奏的进行工作生产。综上所述，有效的应用仿人机械手，是发展机械工业的必然趋势1.4国外的研究状况机械手是在早期出现的古代机器人基础上发展起来的，机械手研究始

13、于20 世纪中期，随着计算机和自动化技术的发展，特别是1946年第一台数字电子计 算机问世以来，计算机取得了惊人的进步，向高速度、大容量、低价格的方向 发展。同吋，大批量生产的迫切需求推动了自动化技术的进展，又为机器人的 开发奠定了基础。另一方面，核能技术的研究要求某些操作机械代替人处理放 射性物质。在这一需求背景下，美国于1947年开发了遥控机械手，1948年又开 发了机械式的主从机械手。机械手首先是从美国开始研制的。1954年美国戴沃尔最早提出了工业机器 人的概念，并申请了专利。该专利的要点是借助伺服技术控制机器人的关节， 利用人手对机器人进行动作示教，机器人能实现动作的记录和再现。这就是

14、所 谓的示教再现机器人。现有的机器人差不多都采用这种控制方式。1958年美国 联合控制公司研制出第一台机械手钏接机器人。作为机器人产品最早的实用机 型是1962年美国AMF公司推出的“VERSTRAN”和UNIMATION公司推出的 “UNIMATE”。这些工业机器人主要由类似人的手和臂组成它可代替人的繁重劳 动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而 广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。由于仿人灵巧手的迅速发展仿人灵巧手的研究已经成为机器人领域的一个重要 发展方向，随着应用领域的不断发展，相继诞生了一些具有代表性的灵巧手，如NASA 手閃、Gifu手

15、、UB手及DLR灵巧手罚等。NASA手（如图1-1）有一个用于安装电动机和电路板的前臂、一个手腕和5个 手指组成，共14个自由度。该手在外形和尺寸上与人手相似，且有冗余关节，在机 器人领域得到了一致的认同，但在关键部件均置于前臂内、通过腱传动的结构方案， 不利于臂手系统的集成和灵巧手的维护与维修。S图 IT NASA手Gifu大学于2002年研制T Gifu II手（如图1-1）,有5个手指、16个自由度, 每个手指有3个自由度，末端的两个关节通过连杆耦合运动，拇指另有一个相对手掌 和4指开合的自由度，类似人的拇指。采用集成在手内部的微型直流电动机驱动，具有指尖六维力/力矩、触觉等感知功能。图

16、 IT Gifu II 手自1997年，德国宇航中心相继研制了两代机器人灵巧手：DLR I手和DLR II 手（如图1-3）,这两个灵巧手是具有多种感知功能的、高度集成的、机电一体化的 多指灵巧手，DLR I手的腱传动方式以及模拟信号的大量采用，导致了其可靠性的降 低和维护难度的加大。基于DLR I灵巧手，DLR II灵巧手更为有力、更加可靠，被 认为是当时世界上最好的灵巧手。但是由于关键部件的选型，特别是非商业化的直线 驱动器的采用等，增加了灵巧手的加工、制造难度，而且灵巧手的体积远远大于人手 的体积。1.5国内的研究状况早在三千多年前的西周时代，我国就出现了能歌善舞的木偶，称为“倡者”，这 可能是世界上最早的“机器人”。