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摘要:本文首先綜述了工業(yè)機械手、多指靈巧手的發(fā)展狀況。現(xiàn)實中復雜抓取對象有：（a）易變形的軟性物體（面包、軟包裝物品）；（b）易破碎的脆性物體（禽蛋）；（c）形狀不規(guī)則的、尺寸差別大的物體（瓜果、蔬菜）；（d）異形的物體（酒瓶、化妝品瓶）。工業(yè)機械手采用夾鉗式或平行移動式結構，抓取形狀大小一致、抓取力不變會破損剛性工件。采用靈巧的仿人機械手，需感知復雜抓取對象的形狀、位置空間，需精確控制運動和抓取力，由于制造成本高、使用環(huán)境差、維護要求高等因素，通常的精確控制機械手難以實際應用。針對復雜抓取對象，提出了自適應多指的仿生柔順爪的新概念。 本論文的研究思路：因為動物運動是限制機構（關節(jié)）、動力器官（收縮肌肉）、控制系統(tǒng)（神經(jīng)系統(tǒng)）的有機結合，所以從柔性關節(jié)骨架和驅動肌肉的結構，驅動系統(tǒng)和控制方式，到具有自適應柔性物流機械手的設計方法等多方面，本論文將深入系統(tǒng)地開展研究。 從結構上，研究提出了（1）具有柔順性的橡膠波紋管軸向膨脹加載式人工肌肉驅動器（Bellows Expanse Pneumatic Muscle Actuator，簡稱B-EPMA肌肉）；（2）板彈簧骨架、單活頁鉸鏈骨架、二活頁鉸鏈串聯(lián)骨架、單柔性鉸鏈骨架、二柔性鉸鏈串聯(lián)骨架等5種柔性骨架；（3）彈性回復元件包括板彈簧、拉彈簧和扭彈簧3種；（4）驅動器有B-EPMA肌肉的彎曲膨脹驅動、B-EPMA肌肉直線和彎曲膨脹驅動、筆形氣缸驅動、氣動繩牽引驅動4種形式；（5）提出了采用高速開關閥伺服控制的4驅動方式的結構和工作原理；（6）設計了6種具有柔性自適應的末端抓持器。 從理論方法上，對板彈簧彎曲變形，對比總結了分別采用橢圓積分法和微分方程法解決其大撓度變形問題。對活頁鉸鏈內置拉彈簧的柔性關節(jié)，本人建立受力靜態(tài)模型，詳細分析鉸鏈彎曲角度和氣體壓力的關系，并結合實例得到實例計算模型。 關鍵詞：柔性骨架；柔性關節(jié)；驅動系統(tǒng)；柔性機械手
目錄 摘要 ABSTRACT 第1章 緒論-1 1.1 引言-1 1.2 機械手的發(fā)展概況-1 1.2.1 工業(yè)機械手的發(fā)展-1 1.2.2 靈巧手的發(fā)展-4 1.3 氣動驅動器的發(fā)展-7 1.3.1 Mckibben B-EPMA肌肉-7 1.3.2 褶皺式的B-EPMA肌肉驅動器-8 1.3.3 FMA驅動器-9 1.3.4 彎管驅動器-9 1.3.5 Bellows驅動器-10 1.4 研究內容-10 1.4.1 研究氣動B-EPMA肌肉驅動器-11 1.4.2 研究三種柔性關節(jié)（手指）骨架的設計方法-11 1.4.3 研究柔性關節(jié)的四種驅動方式的設計方法-12 1.4.4 研究模塊化柔性自適應機械手-12 1.4.5 研究基于壅塞流的兩種驅動系統(tǒng)-12 參考文獻-12 第2章 柔性關節(jié)的結構簡圖-15 2.1 板彈簧骨架的柔性關節(jié)-15 2.2 活頁鉸鏈骨架的柔性關節(jié)-16 2.2.1 活頁鉸鏈扭彈簧骨架的柔性關節(jié)-16 2.2.2 活頁鉸鏈內置拉彈簧的柔性關節(jié)-18 2.3 柔性鉸骨架的柔性關節(jié)-19 2.3.1 單柔性鉸骨架的柔性關節(jié)-19 2.3.2 串聯(lián)柔性鉸骨架的柔性關節(jié)-20 2.4本章小結：-21 第3章 板彈簧骨架的柔性關節(jié)的結構分析與設計方法-23 3.1 板彈簧骨架B-EPMA肌肉驅動的柔性關節(jié)-23 3.1.1 板彈簧骨架B-EPMA肌肉彎曲膨脹驅動的柔性關節(jié)-23 3.1.2 板彈簧骨架B-EPMA肌肉直線膨脹和彎曲膨脹結合驅動的柔性關節(jié)-30 3.2 板彈簧骨架筆形驅動的柔性關節(jié)-31 3.3 板彈簧骨架氣動繩牽引驅動的柔性關節(jié)-31 3.4 本章小結-33 參考文獻：-33 第4章 活頁鉸鏈骨架柔性關節(jié)的結構與原理分析-35 4.1 活頁鉸鏈單扭彈簧骨架的柔性關節(jié)-35 4.1.1 活頁鉸鏈單扭彈簧骨架B-EPMA肌肉驅動的柔性關節(jié)-35 4.1.2 活頁鉸鏈單扭彈簧骨架筆形氣缸驅動的柔性關節(jié)-37 4.1.3 活頁鉸鏈單扭彈簧骨架氣動繩牽引驅動的柔性關節(jié)-38 4.2 二活頁串聯(lián)鉸鏈扭彈簧骨架的柔性關節(jié)-39 4.2.1 二活頁串聯(lián)鉸鏈扭彈簧骨架B-EPMA肌肉驅動的柔性關節(jié)-39 4.2.2二活頁串聯(lián)鉸鏈扭彈簧骨架筆形氣缸驅動的柔性關節(jié)-41 4.2.3 二活頁串聯(lián)鉸鏈扭彈簧骨架氣動繩牽引驅動的柔性關節(jié)-42 4.3 活頁鉸鏈內置拉彈簧骨架的柔性關節(jié)-43 4.3.1 活頁鉸鏈內置拉彈簧骨架B-EPMA肌肉驅動的柔性關節(jié)-43 4.3.2 二活頁鉸鏈內置拉彈簧骨架B-EPMA肌肉驅動的柔性關節(jié)-45 4.4 本章小結：-47 參考文獻:-48 第5章 柔性鉸骨架的柔性關節(jié)-49 5.1 單柔性鉸骨架的柔性關節(jié)-49 5.1.1 單柔性鉸骨架B-EPMA肌肉驅動的柔性關節(jié)-49 5.1.2 柔性鉸骨架筆形氣缸驅動的柔性關節(jié)-51 5.1.3 柔性鉸骨架氣動繩牽引驅動的柔性關節(jié)-51 5.2 串聯(lián)柔性鉸骨架的柔性關節(jié)-53 5.2.1 串聯(lián)柔性鉸骨架B-EPMA肌肉驅動的柔性關節(jié)-53 5.2.2 串聯(lián)柔性鉸骨節(jié)筆形氣缸驅動的柔性關節(jié)-55 5.2.3 串聯(lián)柔性鉸骨架氣動繩牽引驅動的柔性關節(jié)-56 5.3 本章小結-57 參考文獻:-58 第6章 組建柔性機械手的基于壅塞流的驅動系統(tǒng)-61 6.1 基于完全壅塞流和非完全壅塞流的并聯(lián)氣動系統(tǒng)[1]-61 6.1.1 基于完全壅塞流和非完全壅塞流并聯(lián)氣動系統(tǒng)的結構與工作原理-61 6.1.2 基于完全壅塞流和非完全壅塞流并聯(lián)氣動系統(tǒng)驅動單作用氣缸的實施例-62 6.1.3 基于完全壅塞流和非完全壅塞流并聯(lián)氣動系統(tǒng)驅動雙作用氣缸的工作原理-63 6.2 氣—液串聯(lián)復合驅動系統(tǒng)[2]-64 6.2.1 氣—液串聯(lián)復合驅動系統(tǒng)的結構與工作原理-65 6.2.2 氣—液串聯(lián)復合驅動系統(tǒng)驅動單作用滑動缸的工作原理-66 6.2.3 氣—液串聯(lián)復合驅動系統(tǒng)驅動雙作用滑動缸的工作原理-67 6.3本章小結：-67 參考文獻：-67 第7章模塊化組建的具有自適應性的柔性機械手-69 7.1 二活頁鉸鏈串聯(lián)扭彈簧骨架B-EPMA肌肉驅動的六關節(jié)三指柔性自適應機械手-69 7.2 活頁鉸鏈串聯(lián)扭彈簧骨架氣動繩牽引驅動的柔性自適應機械手-70 7.2.1 兩關節(jié)兩指機械手的結構與工作原理-70 7.2.2 三關節(jié)三指機械手的結構與工作原理-72 7.2.3 六關節(jié)三指機械手的結構與工作原理-72 7.3 串聯(lián)柔性鉸鏈骨架氣動繩牽引驅動的柔性機械手-74 7.4板彈簧骨架氣動繩牽引驅動的柔性機械手-76 7.5本章小結：-78 參考文獻：-79 第8章 結論與展望-80 8.1 結論-80 8.2 未來展望-80 致謝-80 附錄A:-80 |
