基于可重构虎克铰链副的仿人变胞手设计与分析

三指手能够模仿人手的大拇指、食指和中指的姿态,从而实现仿人手的动作.变胞手掌的引入,更加提升了机械手的工作空间以及抓取可适应性.着眼于对手掌的仿生设计,基于可重构虎克铰链副(rT铰链副),设计出一款新型的仿人变胞手,使机械手可以部分模拟出人手的真实动作,从而增强机械手在空间中的抓取能力.将含有rT铰链副的六杆机构作为机械手的手掌,基于rT铰链副的可重构特性,使机械手的手掌在rT铰链副的不同构态下呈现出不同的运动方式,变胞手的手掌操作平面与Oxy平面的倾角以及手掌工作空间的大小也可以呈现不同的变化.因为当手指长度固定时,若要获得最大操作空间,机械手手掌的半径与物体半径有近似正比例对应关系,因此机械手掌半径的较大变化有利于提高机械手的抓取灵活性.此外,此机械手掌在非奇异构型下的单自由度特性也有利于机械手的控制,提高其工作稳定性.运用旋量系分解与基于公共约束和冗余约束的活动度扩展准则分析了该手掌在其工作空间内两个奇异位姿及其过渡姿态的活动度,并计算了新型变胞手在不同工作模式下手掌的工作空间大小及手掌工作平面位置,同时给出了手指操作平面倾角的变化与手掌半径的变化,展示了采用此变胞机构作为手掌的机械手的优异性能.

一种新型变胞装载机械手的设计

应用变胞机构理论进行装载机构的研究,设计出一种能满足工作需求的新型变胞装载机械手。该机械手可根据工作需求改变拓扑结构,只需一台电动机进行驱动,就能完成全部装载工作。对新型变胞装载机械手的结构组成情况及工作原理作了详细介绍;应用机构简图、拓扑图等描述机构构态;采用关联矩阵及异或逻辑运算方法分析变胞机械手的构态变化过程;根据基因建模理论建立机械手的基因模型,并对机械手的构态演变与进化进行讨论。

变胞装载机械手的虚拟设计

根据功能需求的变化,设计了一种变胞装载机械手。介绍了机械手的组成情况及工作原理,应用设计软件建立三维实体模型,进行虚拟装配及运动仿真验证机械手的运动规律,并制作出机械手的简单模型样机。该机械手在工作过程中,能够通过构件的"合并/分开"改变活动构件数量,从而改变拓扑结构,进行自我重组和重构,能满足不同场合、不同工作阶段的任务需求。设计成果既可用于实践教学,又可用于理论研究,对变胞机构的实际应用提供了一定的参考。