机器人手指末端执行器结构的设计
目 录
引言 1
一、绪论 2
（一）仿生机械的概述 2
（二）课题研究的目的和意义 3
（三）本文的主要研究内容 3
二、灵巧手的结构设计 4
（一）灵巧手的结构概述 4
（二）人手结构模型 4
（三）手指数量和关节数 4
（四）手指的尺寸 5
（五）手指各关节的运动范围 6
（六）仿人手材料的选择 6
（七）确定仿人手指的结构 7
（八）手掌的结构设计 7
三、仿人手驱动系统的设计 9
（一）仿人手传动系统的选择 9
（二）驱动系统的选择 12
结论 14
谢辞 15
参考文献 16
引言
随着机器人技术的发展，吸引了越来越多的来关注研究仿人灵巧机械巧手，理想仿人灵巧手在形状和功能上应与真人手一样，不但能代替它的感觉和运动功能，而且还要具有优美的外形。灵巧手是起源于假体的研究，经过几十年的发展，出现了许多典型的代表，如美国Stanford／JPL手、Utah／MIT手、Shadow手、DLR—I/Ⅱ手等。灵巧的主要功能抓取物体和对对象的操作，抓取是灵巧手的基础，目前人们仍然不能做出理想的机电一体化的假手来代替人手。
机器人灵巧手作为机器人学与仿生学结合的产物,具有人手的一些功能和外形特征。灵巧手是第4代机器人,通过模拟人类运动、感知、控制、能量、材料方面的仿生,实现模拟人手运动。
本文研究设计、分析一种微型减速电机驱动钢绳传动的结构。
一、绪论
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
（一）仿生机械的概述
仿生学是近年来发展起来的一门新兴学科，促进仿生学的发展密切相关的仿生力学的诞生和发展。机器人机构在仿生机械增长最快的领域，但也是最广泛使用的仿生体。模仿各种动物行走，爬行动作的移动机器人的设计概念提供了一个光明的未来。这里主要介绍仿生体生物的运动机制和设计理念的研究机构开展仿生起步。
在仿生机器身体的运动模式的重要组成部分，模仿生物和生理结构﹑控制功能原理设计和制造较为集中﹑高效和更广泛的应用，并有生物体内，仿生机械完成在载流子的材料的机械运动。
模仿生物的形态，结构和设计原则和控制功能的制造更有针对性和高效的机械和生物特性。研究学科被称为仿生仿生机械力学，生物学，生物力学，医学，机械工程，控制论和电子技术与其他学科的相互渗透，形成一个跨学科的结合，这是20世纪60年代后期。在自然界中，生物体通过自然选择和长期进化本身对自然环境具有高度的适应性。他们的感知，决策，指导，反馈，运动和其他器官的功能和结构比人类更加复杂的机械制造业。
模仿生物形态的技术，创建机械有着悠久的历史。 15世纪意大利的莱昂纳多、达芬奇，那时人类可以模仿鸟类飞行，绘制图扑。到了19世纪，各种自然科学取得了显着的发展，人们使用的空气动力学，制成的几种不同类型的单翼和双翼滑翔机。 1903年，美国的威尔伯莱特和奥维尔莱特发明了飞机。然而，在很长一段时间，人们在生物体和机器之间到底有共同缺乏了解，从而对身体只能模仿。直到20世纪，由于使用原子能，航空航天，海洋和军事技术发展的需要，迫切需要机械设备应具有高度的灵活性和可靠性。虽然以前的各种机械设备不能满足要求，迫切需要找到一种新的技术和设计理论的发展。随着现代生物学的发展，人们发现，能量转换，控制和调节，信息处理，生物识别定位，导航和探索，因此具有传统技术无法比拟的优势。与此同时，在自然科学和“控制论”的理论。它是机器和生物控制和通讯科学的研究。控制论是通信技术和生物系统的工程机器之间的桥梁，它奠定了生物学类比的理论基础。 1960年9月在美国举行的第一届研讨会仿生学，并提出了“生物原型的新技术是关键”的主题，从而确立了仿生学的纪律，后来又形成了许多分支的仿生学。 1960年赞助由美国机械工程师学会，举行座谈会生物力学。 1970年日本的人工手研究会会长的生物组织召开了第一次研讨会，从而确立了生物力学和生物科学机构，这两个学科，在此基础上，形成了一种仿生力学。
研究生物力学，控制音量和机器人仿生机械的主要领域。生物力学研究的机械，包括原材料力学和生物力学，生物力学和生物流体力学的生命现象和规律。控制身体和机器人是基于学到的知识，从生物工程技术系统的建设。控制人类大脑的控制机构（如肌电假手，线束），使用计算机控制的机器人叫做智能机器人。仿生机械的主要研究课题提出了人形机器人，行走机械，假肢和模仿鸟类，昆虫和鱼类生物机械。
（二）课题研究的目的和意义
今天高科技的形态下，仿生机器人学习的快速发展已成为一个重要的发展方向，在人类的身体为原型的仿生机械是在火热的研究仿生机械，而手作为人体的最复杂的器官运动已成为仿生机械研究和开发的重点和难点。由于其使用的灵巧性和便利的工作性，是其他的机器人无法取代的，所以研究设计仿生机器人是非常必要的。
面对今天的社会形势艰难，实际的应用环境更复杂，仿生机器人可以代替人类做一些危险的工作在复杂的情况下，如在航空航天领域，在仿生机器人使用的空间来完成安装和维护机械设备的一些工作，以避免宇航员在太空行走带来了低气压，辐射和其他危害。在安全领域中，你可以使用仿生机器人来完成，如探险救援，处理危险货物和其他工作在恶劣的条件下，所以上。，由于仿生机器人的特点，高仿手，所以你可以使用仿生机器人来完成一个危险的生化实验，以确保人身安全。有许多中国人身体残疾，假手产品广泛的应用前景，研究人形手手指可以很容易地总而言之，这些机器人需要有一个更广泛的适应性范围，作为机器人的末端，一个人形机器人灵巧机械臂抓，握，捏，敲和其他的行动，可以帮助残疾人士，以实现自己的生活的一部分。操纵对象必须弥合和配合，发挥了至关重要的作用。仿仿人灵巧手的设计标准和技术的复杂性，但也反映了一个国家的科学研究和综合技术水平，因此，人形机器人灵巧的发展具有重要意义。
（三）本文的主要研究内容
针对目前多指灵巧手研究中存在的一些问题，并且考虑现有的研究条件，本文会着重进行以下研究工作:
1． 仿人手的运动要求
掌关节及各个指关节具有伸缩能力，力的协调性和柔性：仿人手实现捏握等基本动作，自由度保证基本达到人手的程度，基本达到仿生要求。
2．仿人手的传动方式
仿人手的传动采用机械式传动，最基本的传动方式，采用钢绳结构传动将力和运动传递到手指的关节。
3．仿人手的外形要求
仿人手的外形，具有五个手指和一个手掌，五指与手掌之间有掌关节连 接，每根手指具有可活动的关节，仿人手的大小与真人手掌大小相仿。
4．仿人手的材料
采用高强度的轻质材料，提高负载/自重比。
二、灵巧手的结构设计
（一）灵巧手的结构概述
灵巧手的结构设计主要是确定自由度、手指数、机构原理、传动方案，手掌的结构和手指关节设计及几何尺寸的设计、灵巧手的物理本体是指执行命令的最后环节，所以其性能直接影响控制和规划的策略。机械机构本身必须有较高的力和运动传递的精度、稳定性，才可以满足灵巧手在进行抓取和操作作业时对精度、可靠性和稳定性的要求。本文会对灵巧手的结构设计、驱动系统的设计、传动系统的设计和实现进行讨论。
引言 1
一、绪论 2
（一）仿生机械的概述 2
（二）课题研究的目的和意义 3
（三）本文的主要研究内容 3
二、灵巧手的结构设计 4
（一）灵巧手的结构概述 4
（二）人手结构模型 4
（三）手指数量和关节数 4
（四）手指的尺寸 5
（五）手指各关节的运动范围 6
（六）仿人手材料的选择 6
（七）确定仿人手指的结构 7
（八）手掌的结构设计 7
三、仿人手驱动系统的设计 9
（一）仿人手传动系统的选择 9
（二）驱动系统的选择 12
结论 14
谢辞 15
参考文献 16
引言
随着机器人技术的发展，吸引了越来越多的来关注研究仿人灵巧机械巧手，理想仿人灵巧手在形状和功能上应与真人手一样，不但能代替它的感觉和运动功能，而且还要具有优美的外形。灵巧手是起源于假体的研究，经过几十年的发展，出现了许多典型的代表，如美国Stanford／JPL手、Utah／MIT手、Shadow手、DLR—I/Ⅱ手等。灵巧的主要功能抓取物体和对对象的操作，抓取是灵巧手的基础，目前人们仍然不能做出理想的机电一体化的假手来代替人手。
机器人灵巧手作为机器人学与仿生学结合的产物,具有人手的一些功能和外形特征。灵巧手是第4代机器人,通过模拟人类运动、感知、控制、能量、材料方面的仿生,实现模拟人手运动。
本文研究设计、分析一种微型减速电机驱动钢绳传动的结构。
一、绪论
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
（一）仿生机械的概述
仿生学是近年来发展起来的一门新兴学科，促进仿生学的发展密切相关的仿生力学的诞生和发展。机器人机构在仿生机械增长最快的领域，但也是最广泛使用的仿生体。模仿各种动物行走，爬行动作的移动机器人的设计概念提供了一个光明的未来。这里主要介绍仿生体生物的运动机制和设计理念的研究机构开展仿生起步。
在仿生机器身体的运动模式的重要组成部分，模仿生物和生理结构﹑控制功能原理设计和制造较为集中﹑高效和更广泛的应用，并有生物体内，仿生机械完成在载流子的材料的机械运动。
模仿生物的形态，结构和设计原则和控制功能的制造更有针对性和高效的机械和生物特性。研究学科被称为仿生仿生机械力学，生物学，生物力学，医学，机械工程，控制论和电子技术与其他学科的相互渗透，形成一个跨学科的结合，这是20世纪60年代后期。在自然界中，生物体通过自然选择和长期进化本身对自然环境具有高度的适应性。他们的感知，决策，指导，反馈，运动和其他器官的功能和结构比人类更加复杂的机械制造业。
模仿生物形态的技术，创建机械有着悠久的历史。 15世纪意大利的莱昂纳多、达芬奇，那时人类可以模仿鸟类飞行，绘制图扑。到了19世纪，各种自然科学取得了显着的发展，人们使用的空气动力学，制成的几种不同类型的单翼和双翼滑翔机。 1903年，美国的威尔伯莱特和奥维尔莱特发明了飞机。然而，在很长一段时间，人们在生物体和机器之间到底有共同缺乏了解，从而对身体只能模仿。直到20世纪，由于使用原子能，航空航天，海洋和军事技术发展的需要，迫切需要机械设备应具有高度的灵活性和可靠性。虽然以前的各种机械设备不能满足要求，迫切需要找到一种新的技术和设计理论的发展。随着现代生物学的发展，人们发现，能量转换，控制和调节，信息处理，生物识别定位，导航和探索，因此具有传统技术无法比拟的优势。与此同时，在自然科学和“控制论”的理论。它是机器和生物控制和通讯科学的研究。控制论是通信技术和生物系统的工程机器之间的桥梁，它奠定了生物学类比的理论基础。 1960年9月在美国举行的第一届研讨会仿生学，并提出了“生物原型的新技术是关键”的主题，从而确立了仿生学的纪律，后来又形成了许多分支的仿生学。 1960年赞助由美国机械工程师学会，举行座谈会生物力学。 1970年日本的人工手研究会会长的生物组织召开了第一次研讨会，从而确立了生物力学和生物科学机构，这两个学科，在此基础上，形成了一种仿生力学。
研究生物力学，控制音量和机器人仿生机械的主要领域。生物力学研究的机械，包括原材料力学和生物力学，生物力学和生物流体力学的生命现象和规律。控制身体和机器人是基于学到的知识，从生物工程技术系统的建设。控制人类大脑的控制机构（如肌电假手，线束），使用计算机控制的机器人叫做智能机器人。仿生机械的主要研究课题提出了人形机器人，行走机械，假肢和模仿鸟类，昆虫和鱼类生物机械。
（二）课题研究的目的和意义
今天高科技的形态下，仿生机器人学习的快速发展已成为一个重要的发展方向，在人类的身体为原型的仿生机械是在火热的研究仿生机械，而手作为人体的最复杂的器官运动已成为仿生机械研究和开发的重点和难点。由于其使用的灵巧性和便利的工作性，是其他的机器人无法取代的，所以研究设计仿生机器人是非常必要的。
面对今天的社会形势艰难，实际的应用环境更复杂，仿生机器人可以代替人类做一些危险的工作在复杂的情况下，如在航空航天领域，在仿生机器人使用的空间来完成安装和维护机械设备的一些工作，以避免宇航员在太空行走带来了低气压，辐射和其他危害。在安全领域中，你可以使用仿生机器人来完成，如探险救援，处理危险货物和其他工作在恶劣的条件下，所以上。，由于仿生机器人的特点，高仿手，所以你可以使用仿生机器人来完成一个危险的生化实验，以确保人身安全。有许多中国人身体残疾，假手产品广泛的应用前景，研究人形手手指可以很容易地总而言之，这些机器人需要有一个更广泛的适应性范围，作为机器人的末端，一个人形机器人灵巧机械臂抓，握，捏，敲和其他的行动，可以帮助残疾人士，以实现自己的生活的一部分。操纵对象必须弥合和配合，发挥了至关重要的作用。仿仿人灵巧手的设计标准和技术的复杂性，但也反映了一个国家的科学研究和综合技术水平，因此，人形机器人灵巧的发展具有重要意义。
（三）本文的主要研究内容
针对目前多指灵巧手研究中存在的一些问题，并且考虑现有的研究条件，本文会着重进行以下研究工作:
1． 仿人手的运动要求
掌关节及各个指关节具有伸缩能力，力的协调性和柔性：仿人手实现捏握等基本动作，自由度保证基本达到人手的程度，基本达到仿生要求。
2．仿人手的传动方式
仿人手的传动采用机械式传动，最基本的传动方式，采用钢绳结构传动将力和运动传递到手指的关节。
3．仿人手的外形要求
仿人手的外形，具有五个手指和一个手掌，五指与手掌之间有掌关节连 接，每根手指具有可活动的关节，仿人手的大小与真人手掌大小相仿。
4．仿人手的材料
采用高强度的轻质材料，提高负载/自重比。
二、灵巧手的结构设计
（一）灵巧手的结构概述
灵巧手的结构设计主要是确定自由度、手指数、机构原理、传动方案，手掌的结构和手指关节设计及几何尺寸的设计、灵巧手的物理本体是指执行命令的最后环节，所以其性能直接影响控制和规划的策略。机械机构本身必须有较高的力和运动传递的精度、稳定性，才可以满足灵巧手在进行抓取和操作作业时对精度、可靠性和稳定性的要求。本文会对灵巧手的结构设计、驱动系统的设计、传动系统的设计和实现进行讨论。
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