仿人柔性机械手构型设计及运动学仿真分析开题报告
2020-04-13 14:33:00
1. 研究目的与意义（文献综述）
机械手是机器人和外部环境相互作用的桥梁，直接决定机器人的操作水平和智能化程度。随着技术的不断发展，目前机械手的应用范围亦在不断扩大，从制造、海洋等工业逐渐延伸到日常生活当中。尤其是后者。各种不同功能的机械手正快速地运用到人类生活的各个方面，例如康复机械手。对于提高和保障残疾人士、老年人等弱势群体的生活质量发挥出巨大作用。
国内外对于机械手研究在机械手的结构设计、运动学分析，动力学分析以及控制等方面已经取得了一系列成果。
田凤娟[1]从仿生学的角度对机械手的结构进行详细的分析，确定仿人机械手的材料和结构。建立运动学方程，计算机仿真后确定机械手各构件在任意时刻的运动参数。创新点在于机械手结构的力学分析和材料强度分析。靳果[2]等人研究 shadow灵巧手机械结构特点，建立灵巧手的运动学模型，推导单指正、逆运动学方程。创新点在于运用matlab 软件中的roboticstoolbox工具箱对机械手运动学进行验证和仿真。王耀飞[3]等人提出固定接触点模型的不足，创新地以刚性接触为接触模型，从几何角度提出不同位姿下灵巧手与被操作对象的变接触点的求解算法，实现不借用触觉传感器确定接触点。冀鹏飞[4]等人设计一种三指灵巧手，采用d-h 法建立手指坐标系，推导出运动学正、逆解。比较创新的在于应用虚拟样机技术对三指灵巧手进行了动力学仿真。顾海巍[5]等人分析人类盲探索行为实验，得到人在盲环境中探索未知物体的规律。本设计创新地用于机器人触摸探索中。该方法将探索过程分为顶部探索和侧面探索两个阶段。实现机器人灵巧手对未知物体的探索。
2. 研究的基本内容与方案
2.1 研究基本内容
（1）参照人手的结构及尺寸参数，收集相关资料与数据，运用相关软件建立机械手三维模型。建立运动学模型，确定输入与输出之间的关系。
（2）运用虚拟样机技术，获得机械手各关节在任意时刻的运动参数数据。作为验证机械手结构是否满足灵活稳定、基本功能需求的依据。
3. 研究计划与安排
| 周次 | 工作内容 | 提交内容 |
| 1,2 | 方案构思，文献检索，完成开题报告 | 文献检索、开题报告 |
| 3 | 外文翻译，资料收集 | 外文翻译 |
| 4 | 学习仿人机器人机械手的相关理论知识。建立运动学模型，并进行运动学分析，确定输入与输出之间的关系。 | 仿人机械手数学模型 |
| 5 | 查阅资料，结合人体手掌，完成仿人柔性机械手的三维实体模型。 | 仿人机械手CATIA模型 |
| 6,7 | 用虚拟样机技术对机械手进行运动学仿真，确定机械手各关节在任意时刻的位置、角速度、角加速度以及末端位置的运动轨迹。 | 机械手运动学仿真的初步结果 |
| 8 | 验证仿人机械手结构的合理性，修改完善其结构。 | 运动学仿真分析结果与验证 |
| 9 | 编写设计说明书 | 说明书初稿 |
| 10 | 图样绘制 | 图纸初稿 |
| 11,12 | 图样及设计计算说明书整理，资料袋整理，答辩资格审查。 | 说明书，图纸 |
| 13 | 学生提出答辩申请，并作答辩准备;教师审阅图纸，说明书 |
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| 14,15 | 参加答辩，推荐省优 |
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4. 参考文献（12篇以上）
[1] 田凤娟. 仿人机械臂的末端执行器的运动学与力学分析[d]. 河北工业大学, 2015.
[2] 靳果, 韩星, 韩枫. 机器人灵巧手的运动学分析及仿真[j]. 电子设计工程, 2015(1):119-122.
[3] 王耀飞, 赵京东. 机器人手灵巧操作中变接触点的几何求解方法[j]. 传感器与微系统, 2018(2).
