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仿人手掌的機器人變掌機構設計與分析
關鍵詞：仿生設計 變掌機構 構型變換
摘要：針對大小不同、形狀各異的物體,機器人多指手的抓取規劃和控制問題目前尚未得到完善的解決。為此,提出利用仿人手掌來提高機器人多指手的靈巧度以及擴大其工作空間,以降低抓取規劃和控制的難度。首先,分析了人體手掌的運動特點,根據人體手掌的骨骼結構,研發了一種仿人手掌的機器人變掌機構,該變掌機構具有6個自由度,通過構型變換,可使安裝于變掌機構的手指改變工作空間以及抓取點位置。其次,通過建立變掌機構的數學模型,分析已知抓取點個數和抓取點位置時變掌機構的6個自由度。然后,利用三維軟件對變掌機構進行建模,并對其抓取動作進行仿真。最后,通過實驗平臺以及實物樣機進行抓取實驗,分別利用剛性手指、柔性手指對13種不同的物體進行抓取,驗證了變掌機構的抓取能力以及適應性。該仿人手掌的機器人變掌機構能夠簡單快速地實現自適應構型,可以對尺寸、質量、形狀差異較大的物體進行抓取,適用于二指、三指、四指的抓取,并且可連接剛性或柔性手指,既提高了機器人多指手的抓取質量以及適應性,又降低了其抓取規劃和控制的難度。研究結果可對機器人多指手的普遍應用提供借鑒意義。
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