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3(Ra)PS变胞并联机构构型与运动学分析

研究一种基于变胞铰链Ra(Reconfigurable axis)的新型3(Ra)PS变胞并联机构的可重构特性和统一运动学分析方法。根据约束螺旋系统表明,在一个构态下,(Ra)PS支链对平台没有约束,而在另一个构态下,通过改变可重构铰链Ra铰内轴线的位置,可以提供一个约束力。支链的两个构态使3(Ra)PS变胞并联机构具有4种构型,其中包括2R1T(2个旋转1个平移)、3R1T(3个旋转1个平移)、3R2T(3个旋转2个平移)和6 DOF(Degree of freedom)构型。根据支链两构态的差异,提出以一个支链构态作为另一个支链构态特例的统一运动学建模方法。在此基础上,建立3(Ra)PS变胞并联机构的驱动选择方案和可以包含4种构型的统一运动学模型。对逆运动学和正运动学进行求解,数值算例验证了理论结果的正确性。这种特殊类型的并联机构为特殊变胞机构的工作空间、路径规划和控制奠定了基础。