基于人機工程學(xué)的虛擬人手的模型建立及運動學(xué)仿真.pdf

1、隨著工業(yè)的發(fā)展,機器人得以廣泛的應(yīng)用。作為機器人的一重要組成部分,多指靈巧手因其具有極強的功能和通用性能完成各類復(fù)雜的作業(yè),如化工生產(chǎn)、機械制造、核電維修、醫(yī)療手術(shù)等。因此,高性能的通用性靈巧手成為當(dāng)今國內(nèi)外的研究熱點。
　　本文在分析國內(nèi)外多指靈巧手的研究現(xiàn)狀基礎(chǔ)上,設(shè)計出了一種新型的五指靈巧手,并對其進行了正逆運動學(xué)建模,最后對其運動軌跡空間進行了仿真。首先,對人手的生理結(jié)構(gòu)進行了重點分析并建立了人手的3D模型,該虛擬手具有兩

2、大創(chuàng)新點:一是手指和手掌的結(jié)構(gòu)尺寸與人手實際統(tǒng)計下的平均尺寸一致;二是手指不僅能實現(xiàn)伸屈功能,同時也可作左右的收展運動。針對仿生人手存在尺寸過大、運動性能與人手實際運動性能差別明顯這一問題,基于人機工程學(xué),本文采用實際測量與理論分析相結(jié)合的方法得到人手的結(jié)構(gòu)尺寸及運動參數(shù),設(shè)計了可伸屈和收展的拇指、食指、中指、無名指和小指。用Pro/E軟件對各手指及手掌進行了建模和裝配,實現(xiàn)了人手自然狀態(tài)、張開、正握和側(cè)握運動仿真。其次,對虛擬人手進行

3、了運動學(xué)分析,采用D-H矩陣變換方法,建立了虛擬五指靈巧手的正逆運動學(xué)模型,正逆運動學(xué)模型驗證結(jié)果表明:以食指為代表的四指和拇指的運動學(xué)模型建立正確。最后,仿真了虛擬五指靈巧手的運動軌跡空間,仿真結(jié)果表明:虛擬五指靈巧手的運動學(xué)建模正確,靈巧手的運動軌跡空間與真實人手運動軌跡空間非常相似,能完成真實人手的一些常用動作如側(cè)握、正握、側(cè)捏、正捏、勾等,具有良好的運動性能。主要研究內(nèi)容包括:用MATLAB軟件對食指在自然狀態(tài)、左展15°、右展