摘 要

Abstract II

1 绪论 1

1.1 选题背景 1

1.2 仿生机械手现状 2

1.3 选题内容及意义 4

2 腕关节结构 5

2.1 人类手腕骨骼结构 5

2.2 腕骨的连接 9

2.3腕关节的肌肉 10

3腕关节驱动设计 12

3.1 常见机械手的驱动 12

3.2形状记忆合金 15

3.2.1形状记忆合金的发展历程 15

3.2.2形状记忆合金的分类 16

3.2.3形状记忆效应和超弹性 17

3.3 机械手的设计 20

3.3.1 结构设计 20

3.3.2 SMA选择 24

参考文献 26

致谢 28

摘要

当代国际社会中，机械手的研究随着科学技术不断发展越加深入，机械手的应用领域越来越广泛，人类更加追求的机械手的性能。因为人手具有高度的灵活性及可控性，成为了机械手最好的性能模仿对象。传统的机械手驱动系统在迅速发展的科技领域之中发挥的作用日渐降低。形状记忆合金是一种新型的功能材料，近几年在驱动方面的作用越来越大，其原因是独特的热力学特性。根据仿生学的原理，建立拟人化机械手结构，用记忆合金丝作为人工肌肉的替代品来驱动机械手。腕关节在人手的运动中有着极为重要的作用。人手的腕关节有多达8块腕骨，众多韧带和肌肉，结构十分复杂。本文中机械手的设计，完全是依据人体手腕结构设计进行的，利用三维建模软件进行建模，分析设计方案可行性。完全仿照人手腕关节结构对整体设计带来巨大的挑战，为了便于整体设计和装配，对腕关节进行简化，研究人手腕关节肌肉分布，设计形状记忆合金驱动结构。

关键词：仿生机械手；形状记忆合金；腕关节；腕骨

Abstract

In the contemporary international society, manipulator research along with the continuous development of science and technology has become increasingly in-depth, manipulator is applied more and more widely, human pursuit of the manipulator performance.Because manpower has high flexibility and controllability, it has become the best performance of the robot to imitate the object.The role of the traditional mechanical hand drive system in the rapid development of science and technology is gradually decreasing.The shape memory alloy is a new type of functional material, by virtue of its unique characteristics in the field of thermodynamics, A new force suddenly rises,drive.According to the principle of bionics, the establishment of anthropomorphic manipulator structure,A memory alloy wire is used as a substitute for artificial muscles to drive the manipulator.Wrist joint plays a very important role in the movement of human hand.On the other hand， the hand wrist structure complex, there are 8 pieces of carpal bones, ligaments and muscles of many.In this paper, the design of the manipulator is based on the structure of the human body, the use of three-dimensional modeling software modeling, analysis and design of the project feasibility.Fully modeled on the human wrist joint structure for the overall design of a huge challenge, in order to facilitate the overall design and assembly, to simplify the wrist joint, the study of human wrist joint muscle distribution, the design of shape memory alloy drive structure.

Key Words:Bionic manipulator; shape memory alloy; wrist joint; wrist

1 绪论

1.1 选题背景

随着社会经济的快速发展，我国的工业化程度越来越高，自动化程度也随之提高，工业自动化在促进经济建设、改善物质文化生活等多个方面的作用越来越大，包装作为工业体系一个独立的行业体系，在我国国民经济和社会发展规划有着较高的地位。

包装机械属于包装行业，在包装行业中占很大比重，对于包装自动化有重要意义，它随着新包装材料的出现及包装技术的不断革新而发展。包装机械的发展历史悠久，追溯历史，起源地在德国，1861年，德国人建立了第一个包装机械厂，也是世界上的第一个。自古以来，我国的生产主要以农业为主，而我国作为一个农业大国，农业十分发达，与此同时也使得工业化程度相对较低。包装机械属于包装行业，是工业体系的一部分，它在我国的发展起步较晚。但是自改革开放以来，我国的经济发展迅速，工业在国民经济中的地位日益提高，经过20多年的不断发展，我国的包装机械行业有了较大的进步，促进了我国包装工业的快速发展。

机械手是一种新型装置，是随着生产过程中自动化程度的不断提高出现的。机械手在现代化生产过程中极为重要的一部分，在自动化程度在很大程度上取决于机械手的性能。大量的机器人作为包装机械被应用于方方面面，机械手作为生产过程中的执行机构，实现机器人与环境的交互，对于提高生产水平和智能化有着极其重要的作用。是现代包装生产中不可或缺的一部分。目前，机械手的研发已经成为高技术领域内一门新兴技术。

仿生机械手是目前机械手研究领域内一个极为重要的研发方向，其设计制造原理是对生物进行形态、结构和控制等方面的模仿。物竞天择是生物进化的本质原因，生物要在自然界中生存，必须适应生存法则。大多数生物经过进化后对自然环境有极高的适应性，相比于人类制造的机械，它们在感知、决策等方面有着巨大的优势。为了追求更好机械的性能，人类开始研究生物与机械的关系，仿生机械学开始兴起。仿生机械学的起源可以追溯到上个世纪60年代，综合了生物学和医学、机械工程与生物力学以及控制论和电子技术等相关学科的知识。虽然很早就有人模仿生物特征，造成仿生机械的历史较长，比如意大利的列奥纳多·达芬奇在15世纪绘制了扑翼机图，他就是模仿了鸟类的飞行。但遗憾的是，19世纪开始，各种自然学科随着人类文明的不断发展有了质的飞跃，但在很长时间内，仿生机械依然仅仅只是进行形体上的模仿。直到20世纪60年代，科技发展带来原子能利用、航天和海洋开发及军事技术的飞速发展，由于研究需要，生物力学和生物机构学这两门学科开始出现，并以这两门学科为基础形成了仿生机械学。