摘要
机器人灵巧手作为类人形机器人系统的末端执行器，对提高工厂作业效率与智能水平有及其重要的作用，且在外太空作业、核设备维修、未知环境探测、以及水下打捞作业等许多环境中都扮演着重要的角色。本文结合最新电子、控制等学科的技术以及抓持操作理论，针对灵巧手机械结构设计、运动学和动力学分析、控制系统设计以及多指手退化抓持规划进行相关研究。本文完成的主要工作如下： 首先，确定灵巧手整体结构方案，对中指和拇指驱动方式、传动结构进行设计，拇指基关节采用差动轮系结构实现俯仰和侧摆两个方向的运动，采用最大化可操作面积的方法对拇指位置进行优化，并在三维软件中建立整手的三维模型。 然后，利用机器人学理论对灵巧手的运动学进行了分析，计算各手指的运动学方程和雅克比矩阵，并绘制了手指指尖的工作空间。通过拉格朗日法推导了食指和拇指的动力学方程，利用Matlab/Simmechanics工具箱搭建了拇指的机构模型，进行动力学仿真分析。 再者，采用三层控制结构和模块化思想设计灵巧手控制系统总体结构，并完成单指控制器硬件系统具体设计。对包括单指控制总流程、通信初始化、运动控制器初始化、中断和关节位置信息采集程序的单指控制器软件系统进行设计，并通过具体实例说明单指的运动控制程序流程。 最后，结合灵巧手抓持运动学和静力学平衡方程，分析灵巧手抓持矩阵的计算过程以及三种抓持类型的定义方法。针对灵巧手抓持规划，将接触力分解，并推导被动平衡外力计算方法，以极限被动平衡外力作为退化抓持稳定性的评价指标，通过实例验证其有效性。
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