【摘 要】
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随着工业化和智能化时代的到来,工业对机器人的抓取能力提出了越来越高的要求。机械手作为机器人与外界环境交互的工具,受到了科研人员的极大关注,越来越多的专家致力于研发出具有自适应性和通用性的多功能机械手,使其可以在不同场景中抓取多种类型的物体。但是,大部分传统机械手的功能单一,抓取范围窄,这使得它们无法实现对多种物体的可靠抓取。因此,针对上述问题,本文以实现机械手具有高度通用性为设计目标,设计了一款新
【基金项目】
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国家重点研发计划(2018YFB1306902),(2019YFB1312102); 河北省自然科学基金(20311803D),(E2019202338)
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随着工业化和智能化时代的到来,工业对机器人的抓取能力提出了越来越高的要求。机械手作为机器人与外界环境交互的工具,受到了科研人员的极大关注,越来越多的专家致力于研发出具有自适应性和通用性的多功能机械手,使其可以在不同场景中抓取多种类型的物体。但是,大部分传统机械手的功能单一,抓取范围窄,这使得它们无法实现对多种物体的可靠抓取。因此,针对上述问题,本文以实现机械手具有高度通用性为设计目标,设计了一款新型的欠驱动三指机械手。本文研究的主要内容如下:首先,进行机械手的结构设计与力学分析。基于欠驱动原理设计了一种采用连杆传动的通用型三指机械手结构。考虑抓取模式和被抓物体的种类等方面对机械手抓持稳定性的影响,对手指机构、位姿调整机构、机架及驱动机构进行结构设计。针对不同模式下的抓持行为,进行手爪的力学理论分析。其次,进行机械手的结构尺寸优化和仿真分析。以抓取力均匀性为优化目标,将杆长作为设计变量,获得手指机构的最优化结构参数。基于Adams软件模拟机械手对物体的平行夹取和包络抓取过程,验证了结构设计的有效性。对手指的抓取范围进行建模计算,确定其运动范围。对手指进行轨迹插补,得到指尖末端的运动轨迹。然后,设计欠驱动三指机械手的控制系统。通过编写相关控制指令对位姿调整控制系统进行设计,实现了机械手在不同抓取模式之间的相互切换。对机械手的液压控制系统进行设计,并对PLC控制器、传感器模块、电机模块和液压元件等关键部件进行选型。开发了一款控制界面实现手爪的智能交互功能。最后,制造机械手样机并搭建抓取实验平台。进行压力传感器标定实验。通过对工地常见物体进行抓取实验,验证机械手的抓取性能。实验结果表明,本文所研制的欠驱动三指机械手通用性强,能够实现对工地中常见物体的稳定抓取,拥有较好的自适应性和抓取稳定性,且抓取成功率大于93%,达到了设计要求。
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