基本信息

項目名稱:
仿人機器人欠驅動靈巧手
小類:
機械與控制
簡介:
仿人機器人欠驅動靈巧手主要在于仿生和欠驅動兩方面的特點,具人類手掌的靈活度,同時通過手掌內部的機構只用一個電機驅動,控制簡單。
詳細介紹:
仿人欠驅動機械手 1)機械手為仿人四指的結構形式,共包含1個主動自由度和12個被動自由度。 2)在實現功能的情況下,使整個機械手的設計盡量簡單,手掌運動只使用一個電機,通過動/定滑輪組、絲線帶傳動,控制每一個手指彎曲等欠驅動結構實現; 3)手指上,手掌上安裝傳感器,傳感器輸出信號反饋到控制系統中,控制手指的運動,另外還可以用遙控器手動控制; 4)指節與指節鉸鏈處裝有扭力不等復位扭簧,使各手指在驅動放松時能模擬人手執伸直狀態恢復。 5)手掌面覆蓋一層具有一定摩擦系數的織物,增大摩擦力,并提供相應緩沖。

作品圖片

  • 仿人機器人欠驅動靈巧手
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作品專業信息

設計、發明的目的和基本思路、創新點、技術關鍵和主要技術指標

本方案是設計目的在于仿生學在機械學科中的應用。人的手掌是一種復雜的機械結構,包含20自由度,對于機械手的研究,使最終實現靈巧執行末端在日常生活中真正應用,整只手只有四個手指組成,但也有完善的功能。動力單元,控制單元等都集成安裝在手掌或手指內,是一個單獨的系統,并且靈巧手還具有感覺多種傳感功能, 仿人欠驅動機械手設計方案: 1)機械手為仿人四指的結構形式,共包含1個主動自由度和12個被動自由度。 2)在實現功能的情況下,使整個機械手的設計盡量簡單,手掌運動只使用一個電機,通過動/定滑輪組、絲線帶傳動,控制每一個手指彎曲等欠驅動結構實現; 3)手指上,手掌上安裝傳感器,傳感器輸出信號反饋到控制系統中,控制手指的運動,另外還可以用遙控器手動控制; 4)指節與指節鉸鏈處裝有扭力不等復位扭簧,使各手指在驅動放松時能模擬人手執伸直狀態恢復。 5)手掌和手指上安有織物,增大摩擦,增加緩沖。 方案特點及創新點: 1)采用欠驅動結構,只用一個電機就能實現四個手指多達12個自由度的彎曲運動,使控制相對簡單。 2)手指各指節的模塊化結構設計,降低了制造加工的難度; 3)使用動/定滑輪組,縮短了絲線的運動距離,使機械手更加緊湊小巧,并且使各手指上絲線所受力為電機拉動絲線上受力的1/4; 4)通過改變安裝在指節與指節間扭簧的系數大小控制各指節的彎曲順序,實現不同的運動形式; 5)驅動單元,傳動單元,控制單元全部集成在機械手內部,靈巧手可直接安裝在機器人手臂上,實現通用。

科學性、先進性

作品仿人機器人欠驅動靈巧手的先進性體現在以下幾個方面 1、理論驗證與實際制造同時性。在設計的同時,為使機械手設計上與人手縮小差距,每套方案都進行模型實質,驗證其可靠性,真實性。 2、在配件選用上,大量選用國際上成熟可靠的產品,在不犧牲性能的基礎上降低成本。使效益最大化。 3、采用模塊化設計思路,零件通用性強。將眾多零件分門別類集成模塊,替換性,可移植性強 參考文獻 [1]吳海鴻.家庭機器人大市場已呼之欲出.中國青年報,2006年06月,http://zqb.cyol.com/content/2006-06/27/content_1429096.htm。 [2]楊秀清,駱敏舟,梅。核環境下的機器人研究現狀與發展。機器人技術與應用。 [3]王偉.豐田公司的伙伴機器人[J].機器人技術與應用,2005年01期。 [4]杜宗瀠.機器人ASIMO[J].電世界,2003年9月。 [5]劉宏,姜力.飛速發展的機器人靈巧手技術,哈爾濱工業大學報,2004年1月。

獲獎情況及鑒定結果

作品所處階段

中試階段

技術轉讓方式

作品可展示的形式

模型

使用說明,技術特點和優勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經濟效益預測

本款機械手所采用的欠驅動模式在控制上大大簡化。盡管在性能上不如全功能手,但是在一定領域上的小有優勢的。 本款手設計上的一大特點即滿足大部分功能的情況下盡量簡化設計,使成本大大減低。在理論驗證階段,用3D打印機試制模型,驗證其可行性,減低了研究成本。此外,在標準件的選用上多選用性能優異的成熟產品,提升了該款機械手的可靠性。 未來的時代中,機器人將大大普及,在家庭娛樂,公共服務,醫療衛生,基礎教育上得到廣泛應用。所以這種低成本的設計還是有很大的優勢的。

同類課題研究水平概述

縱觀全球機器人領域,國內的研制水平距離歐美發達國家小有距離,這與中國所處的社會現狀也有關系。例如在機器人領域處于領先地位的德、美、日等國家由于這些國家的科研實力普遍高于國內同期水平,其研發的機械靈巧手更逼近正常人手的水平。 如NASA的Robonaut;shadow Robot 公司的Smart Motor Hand;orebro university 開發的actuated Sheffield hand等等,其中的驅動部件大多為自主開發,有氣動仿生肌肉,稀土電機,大功率盤式電機等等。 而同時,國內大部分機器人研究所,在設計的時候牽制于國內其他配套零件的研制水平。所以大部分時候盡管有優秀的方案,由于其他配件上的不足,往往受制于國外電機等配件。而與此同時,由于中國或多或少承受著不對等的技術封鎖,導致差距難以短期內縮短。 國內在機器人研究上,特別是機械手的研究上,哈工大是出于領先地位,其技術在國際上也有一定地位。其機械手DLR_HIT Hand II上用的驅動器都為自主研制,因此在這方面一定程度上擺脫了國外的技術壟斷。 其他研究所大多無獨立開發合適的驅動結構,發展受到限制。 目前,欠驅動手和全功能手的研究都是熱門的研究方向。全功能手在結構和控制上更需要精巧的設計,各個關節的驅動器也更加小型化。而欠驅動手盡管控制上有所簡化,但結構上更顯特色。可謂各有千秋。
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