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1、浙江理工大学本科毕业设计论文文献综述报告机械设计制造及其自动YYY班化05（1）班姓名课J名称欠驱动多指手设计与仿真文献缘述（内容包括国内外本课遨及相关研/本页列:出攵献综述报告口录，报告全文字）附后J1前言2国外多指手开展历史及研究成果3国内多指手开展历史及研究成畀4国内外多指艮X拜耽驯的&型净指型师笠的参考又献，同时一定要5总结阅读自选资料。（报告全文晒后）至少10篇，其中2篇以上外文文献指导cu审批意见导师要在学生上交后，填写。从文献闰读数支、分析是否全面、能否提出问题，分析问题，总站走否正骑台琢、是否符合文弑嫁述格式标发等方面给予评价。字体ITimesNewRoman四号大小加NR,一
2、欠驱动多指手设计与仿真毕业设计论文题目姓名班被学号/张X三y一/(机械设计制造及其自动化05(1)班下工、前言Cf痴、人类区别于般动*四号大小，加黑人类具有灵巧初双手创造J现代文明。因此研究机器人灵巧手也是机器人专家非喘:随着机器人应用领域日益扩大，自动化水平不断提高,特别是在水卜.、高空及危险的作业环境中，迫切希里能给机器人末端赋予个类似人手的通用央持器，以便在危险、宓杂及非结构化的环境中,适应抓取任意形状的物体，完成各种爱杂细微操作任务的要求,机器人多指灵巧手正是为了适应这一需要而提出的。2国外多指手开展历史及研究成果目前，国内和国外都有一些非常有代表性的多指灵巧手被制造出来。国外多指手的
3、研究始于20世纪70年代,其中具有代表性的早期灵巧手有：日本“电子技术实脸室”的Okada灵巧手。如图1所示，该手有3个手指，一个手掌，拇指有3个自由度，另两个手指各有4个自由度。各自由度都由电机招动,并由钢丝和滑轮完成运动和动力的传递。这种手的灵巧性比拟好，但由于拇指只有3个自由度，还不是最灵巧的手.另外，在结构上，各个手指细长而薄弱，难以实现较大的抓取力和操作力S1.Okada灵巧手美国斯坦福大学研制的Stanford/JP1.手”，也是种非常具有代表性的多指灵巧手。如图2所示，这种手没有手掌，共有3个手指，每根手指有3个关节，拇指相对另两个手指而立。手指内采用的也是隧、滑轮传动方法。这种
4、手的自由度较少.易于设计、制造和控制，所以，目前对这种手的研究比拟多，也出现r许多与其相类似的手。国内北航研制的多指灵巧手就是一种仿JP1.手也有3个手指，每指3个关节，外表结构也极其相似。国防科大研制的多指手的模型；,也是种仿JP1.的手。这种手由于每个手指的自由度只有3个，在抓取物体时，抓取点（指尖位置）一旦确定后，其抓取姿态就唯一确定.因此，实际上手指没有冗余关节，也就没有抓取的柔性，无法像人F一样进行灵巧的抓取和操作。图2Stanford/JP1.灵巧手图3Utah/MIT灵巧手1982年美国麻省理工学院和犹他大学联合研制rUtah/MIT灵巧手KH。如图3所示,这是一种仿人的手，其大
5、小、形状、功能都与人手相似，只比人手少一个手指。它有4个手指（拇指、食指、中指和无名指）,每根手指有4个美节，各手指都连接到手掌上，相对于手掌运动,手指的每个关节由腱、滑轮来带动，驱动元件采用的是一样气动伺服缸目前这个多指手主要用在实验室用来进行各种研究用。它的主要问题是关节自由度太多，控制太匆杂，难以实现实时在线控制，所以，还没有得到实际应用久1984年日本研制成功了HiIaehi手皿。如图4所示，该灵巧手共有3个手指，每根手指有4个自由度，采用形状记忆合金驱动方式，邪动速度快、负载能力强，图4Hitachi灵巧手图5DIST灵巧手进入20世纪90年代，以意大利和德国为代表的欧洲在多指灵巧手
6、方面取得了很大进展。由意大利热那亚大学研制的DIST手有4个手指，每根手指有4个自由度，大小跟普通人的手差不多,手指的每个关节都能屈伸90,每个手指通过5个直流电机和6根直径为O.4mm用聚酯制造的腱进行驱动。该手加上20个电机总质量不超过10N,可以很方便地装在各种机械臂上。如图5所示，为该手装在PUMA260机械再上自1985年以来意大利博洛尼亚大学先后研制成功rUB-1m-II灵巧手，其中UB-I1.为博洛尼亚大学联合帕尔马大学和比萨大学共同研制成功的，该手有3个手指,共11个自由度,安装在配有前臂和手腕的PuMA560的实验平台。如图6所示，以实现在关节有感应器的机器人手上图6UB-1
7、1图7D1.R-I灵巧手德国宇航中心先后研制成功了D1.R-I和D1.R-I1.灵巧手，其中D1.R-I仃4个完全相同的手指,每个手指有4自由度,采用微型直线驱动器作为驱动元件,将所有的驱动器集成在手指或手举中,每个手指集成有25个传感器,包括类似人工皮肤的触觉传感器、关节扭矩传感器、位置传感器和温度传感潜等,指尖力有11N,整个手重1800g,如图7所示“。D1.RIIHand试巧手是在D1.RIHUnd的进一步的开展，其嫌终目标是能完全的臼主的操作,包括远程操作中声像反应和和力反应，以及以最短时间进行最正确抓取规划。现已能实现的动作，如图8所示川20世纪末，美国国家航空和宇航局利用国家基金
8、研制用于国际空间站能外作业的NS灵巧手,如图9所示。该手完全模拟人手的结构与动作，由1个前臂、1个手腕和5个手指组成,共14个自由度（手腕2个自由度，拇指、食指和中指各3个，无名指、小指和手掌各个自由度）。目前该手可以拿起一些常用工具进行操作。如图10所示，其外形、功能与灵巧性已经比拟接近人类的手1图9NASA艮巧手图IONASA灵巧手操特工具3国内多指手开展历史及研究成果20世纪80年代后期，国内一些机器人研究机构和局部高等院校相继开展r机器人多指灵巧手的研究工作，如哈尔滨工业大学、北京航空航天大学、国防科技大学、北京理工大学、北京科技术大学等都在多指灵巧手方面做了大量的工作。如图11所示，
9、为哈尔滨工业大学机器人研究所研制的H1.TT四指仿人手灵巧手的,该手有4个完全相同的手指，其中大拇指与另外3个手指相对放置，每个手指有4个关节，12个直线聊动器集成在手掌中，通过腱传动系统传递运动和力图11HIT-I灵巧手北京航空航天大学机器人研究所先后研制了BH-1、BH-2、BH-3、BHY四种型号灵巧手,1.56.如图12所示,为3指,每指3个自由度的BH-3型灵巧手,没有手掌,仿美国的StanfordZJP1.灵巧手.如图13所示，为，1指16自由度的BH-4灵巧手抓取动作.该灵巧手主要用于灵巧操作研究及为相关技术开发与应用提供有效的实验平台。灵巧手可以在计算机的控制下用手指灵巧地弹奏
10、简单的乐曲:研究人员假带具有多个传感器的数据手套后，可以通过数据手套中手指的动作,利用计算机网络通讯,对灵巧手进行距惑控制操作，比方远距离遥控机器人灵巧手抓物、倒水等等，图12BH-3灵巧手ff1.1.3BttY艮巧手综上所述，多指灵巧手从机构形式上看大都是多指多关节手，并且最普遍的是其手指数目为35个,而且各手指的关节数目也多为3个转动关节，自由度为35个,具有冗余自由度,手指关节的运动副都是采用转动副打。4国内外多指灵巧手研究动态与趋势目前国内对工业中应用的多指灵巧器人需求不是很多。原因是拥有多指灵巧手的机器人价格太高，而口由于其柔性没有到达人们预想的程度,使其不适于进行多品种、小批量生产
11、。某些工厂的生产线上机器人有被工人替代的趋势。为了防止进一步弃用机器人、增加对工业多指灵巧器人的需求，现在迫切需要开发新技术，使操作者更易于使用多指灵巧器人.此外，由于国内人口老龄化日趋明显，老年人的比例不断增大，预计非制造业部门对多指灵巧器人的需求会不断增长。具有多指灵巧落人将会用于如下领域：医疗与福利效劳、农业与林业、建筑、效劳业等。然而，机淞人工业还没有开展到这些部门.目前,日本已生产了一种使用机器人技术的步行训练机。这是在医疗及福利领域应用机器人的一个实例。这也为创立新型的多指灵巧器人提出了些新的应用思想,也开拓了多指灵巧器人的市场。例如，上海交通大学机器人研究所研制的吹笛机器人，该机
12、器人的十个手指可灵活的运动按动发音孔，通过人工肺吹奏音乐，给人们带来某种快乐。欠驱动机械手能够完成直指或曲指的抓取操作任务，它的结构比现有的机械手更加简单紧凑,更能减少控制的贪杂性，且具仃重量:轻、本钱低等诸多优点。这种欠驱动机械手抓取物体的适应性、稳定性、抓取力都优r常规手的抓取“欠驱动机械手研究界确信现场型欠出动机械手和效劳型欠出动机械手在不远的将来会成为无所不在的技术，它们正在枳极地推动先进机器人技术的开展，使其成为满足社会很多迫切需要的解决方案，这些需求包括不吸引人的奴仆性工作和危险性工作方面的性能，直至照料数忸日益增大的老年人。多指灵巧港人研究的主要趋势是：开发技术，实现多指灵巧器人
13、与人在同一作业空间合作，使传统机器人在与人类环境完全隔绝的作业空间内完成困难任务,随着研究人形机器人的人不断增多，而且医疗福利机器人正在成为热点，对具有多指灵巧器人的需求会不断增多。5总结如上所述，目前已经制造出来的这些多指灵巧手或多或少的都存在不同方面的问题，都有许多不完善的地方，如结构型式、结构尺寸、传动及驱动方式等方面都有待开展，特别是对于多指手结构参数方面的优化的研究还比拟少。多指灵巧手的结构设计和研究是机港人方面研窕的根底。因此，对具有理想结构的多指灵巧手进行抓取机理、操作理论、运动学和动力学、控制理论、信息集成等方面的研究是最有效也是最有意义的.因此,要进行多指灵巧手的结构设计研究
14、，从几何、运动学、动力学及结构关系等不同角度对多指灵巧手进行研究，提出各种协调控制、抓取规划系统，使多指灵巧手能完美的模拟人手的抓取运动。应该开展对多指灵巧手的的优化设计，从而设计出结构上最优化的多指灵巧手，使多指灵巧手在结构、外形和功能等方面,都越来越象人手。超过1。,至少2-外文格式标准20(3)：271-273.H1.张立彬，杨庆华，代芳，等.机器人多指灵巧手及其驱动系统研窕的现状J农业工程学报.2004.dingJ.IEEEOkada.Computercontro1.ofmu1.tijointcTransiiciionsonSystems,ManandCybernetics.1982.
15、12(3)13张永德，刘廷荣.机器人多指灵巧手的结构梦数优化设计加.和1-2.prxchJ.TheStansfic1.dSA.RobotkGraspingofUnknownObjcctszAInternationa1.Journa1.ofRoboticsResearch,1991.I0(4):3I4326.5毕树生，宗光华.机器人抵具J.机涔人技术及应用，1996,(2)：I518|6|卢江舟张启先.机器人多指灵巧手的抓取结构分析四.中南工业大学学报1998(29卜4043.7徐振中，周华平,张扬.3指机器人手系统协调运动的一种规划方法口.中国有色金JB学报，1的4,(5):438-443.1
16、) JacobsenSC.WoodJE.KnuttiDF,BiggcrsKB11cUtah-M1.TDexterousHand:WorkinProgressIJ.TheInternationa1.Journa1.ofRoboticsResearoh19843(4):20-30.2) ThonuisH.Spee1.er.Ctm1.ro1.of(heU1.ah/MITDexterousHand:HardwareandSoftwareHicrarchy1.J1.JournaIofRoboticSystems,I99(7(5):759-79().110) NakanoY.FujicM.HosadaY.
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