摘 要

本文先借助三维画图软件Solidworks对自己设计的手指进行三维建模，添加自己设计手指的改良之处，之后通过3D打印做出实物，以及和实验数据的对比综合分析与之前设计的手指进行全方位的数据对比，所得结果对于人工肌肉驱动软体手柔顺机构设计以及进一步的优化这一块具有重要的指导意义。

论文主要研究了驱动的软体手在满足一定刚度和强度的情况下，怎样有更好的柔顺机构，以及手指的弯曲能力能得到进一步的提升。

研究结果表明：人工肌肉驱动软体手在理论和实践上都是可以提升其柔顺机构的，即手指可以有更大的弯曲幅度和更大的抓握能力。

本文的特色：摒弃了大部分论文以启动或者电动的手指臃肿设计，单纯的优化软体手指，做到更加的具有手指的特性，更加的贴合仿生的理念。

关键词：软体手；柔顺机构；连续型机器人；记忆合金

Abstract

Firstly,This paper carries on three-dimensional modeling of the fingers designed by ourselves with the help of three-dimensional drawing software Solidworks and adds the improvements. Then,we make a kind via 3D printing. Finally,we make a comprehensive data comparison of physical data, experimental data and previous design of the fingers.The results are of great significance for the design of artificial muscular-driven soft hand with supple mechanism and the further optimization of this piece. The paper mainly studies how to have a better compliant body, and how the bending ability of the finger can be further improved in the case of driving the soft hand at full stiffness and strength.The results show that artificial muscle-driven soft hands are able to enhance its supple body in theory and practice. That is to say that finger can have a greater degree of bending and greater grip ability. The feature of this paper is to abandon starting or electric finger bloated design that most of papers have. It Simply optimize the soft fingers, so that more with the characteristics of the fingers, the more the concept of a paste bionic.

Key words: Software hand; Compliant mechanism; Continuous robot; Memory alloy

目录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 2

1.2.1机器人手指研究的分类 2

1.3需解决的关键问题和创新点 4

1.3.1 连续机械手指的优劣及改进 4

1.3.2拟解决的关键问题 4

1.3.3本文的创新点 6

第2章 形状记忆合金及软体手的设计 7

2.1 形状记忆合金材料特性与相变机制 7

2.1.1 形状记忆合金材料特性 7

2.1.2形状记忆合金的相变机制 7

2.2 变刚度软体手的手指设计 7

2.2.1软体手设计目标规划以及研究方法思路 7

2.2.2 软体手指骨架和线缆驱动方式选择 8

2.2.3软体手指结构及尺寸设计 9

2.2.4软体手指的控制分析 9

2.3 手指整体布局和运动学分析 10

2.3.1 手指整体布局 10

2.4 本章小结 11

第3章 软体手静力学建模方法 12

3.1软体手指弯曲变形分析 12

3.2 手指的运动学分析 13

3.3软体手的建模设计及改良 14

3.3.1 软体手建模设计方案一 14

3.3.2 软体手建模设计方案二 15

3.3.3软体手的最终设计方案三 16

第4章 软体手指试验验证 18

4.1软体手指实物制作 18

4.1.1 软体手制作工艺 18

4.2 软体手变刚度抓取力实验 19

总结和展望 24

1,总结 24

2.展望 24

参考文献 25

感谢 27

第1章 绪论

• 1. 研究背景及意义

相信大家都看过不少关于未来科技的视频，里面的机器人更是吸引很多人的眼球，然而现实中想要达到那种技术很有很长的一段路要走。但是随着电子，机械，自动化以及计算机技术的高速发展和潜在用户的不断对一体化，便捷化的要求，智能已经成为一种迫在眉睫的技术要求。机器人作为其中最重要的一环，肯定是必不可少的。简单的举个例子，医疗中的精细手术，航天中的精密加工恐怕再有经验的工人也没办法达到吧。拥有高安全性和灵活性的机械手指尤其是软体手的技术便应运而生。较好的顺从性和较轻的质量也为其各种场合的适应带来了可能。其实，关注的人都知道机器人的这几年发展可谓十分迅速，已经从最初的工业延伸到康复医疗业，服务业，农业。说无处不在也不显得有多夸张^[1]。随着物联网的时代到临，我觉得种种技术即将普及到每个家庭，其发展更会朝着自动型，精智型，多元型等方面发展。在某些方面会完全超过人类以及在其他方面更好的辅助人类。而我本次研究的课题就是机器人身上的一个不可或缺的重要部件—仿软体手。结合人手的运动特征和结构特点大致的实现类似于人手运动的一些人工模拟。其实这很好理解，重量小的机构简单，灵活性强这些都是软体机械手所优于人手指的。但是问题是，抓握硬物的确不错，但是人类并不满足于此，如何将其精度提高？如何更好地提高其柔顺性？如何抓起易碎品？目前市面上流通的大部分机械手笨重，利用液压电气等作为驱动器，体积过大不说效率还低。

都说科技源于生活，仿生学大家一定都不陌生。受章鱼触角和象鼻的生物器官启发。“连续型机器人（如图1-1）”的概念就被提出来了^[2]。类似于肌肉性静水骨骼的性能被采用到机器人中。“无脊椎”柔性机构不就顺理成章的可以应用在手指上了吗？柔性部分发生弹性形变，这样就会变形成连续曲线而产生运动，这就区别了利用离散的单自由度关节和刚性连杆构成的传统工业机器人，连续型机器人十分适合非结构化和狭小的空间。能对多障碍物和式样各异物件通过柔顺弯曲而灵活改变自身形状故而实现避让柔顺拿取，为高度非结构化空间中的机械手臂作业提供了一种新途径。故而这方面的手指研究有十分重要的拓展意义。