仿生手的多種實(shí)現(xiàn)方法

張晗 昝鷺鷥

摘 要：在當(dāng)今的社會(huì)生產(chǎn)、生活中機(jī)器人出現(xiàn)的頻率越來越高，根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景的不同，機(jī)器人也分成了很多不同的種類，比如：工業(yè)機(jī)器人、服務(wù)機(jī)器人、教學(xué)機(jī)器人等等。工業(yè)機(jī)器人顧名思義，主要是應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的機(jī)器人，在工業(yè)生產(chǎn)中，用到的大多數(shù)機(jī)器除了加工機(jī)床，還有工業(yè)機(jī)械臂；服務(wù)機(jī)器人就是在相關(guān)場(chǎng)所進(jìn)行有關(guān)于服務(wù)用戶的操作的機(jī)器人，在我們的生活中，服務(wù)機(jī)器人也是越來越常見；教學(xué)機(jī)器人就是負(fù)責(zé)教學(xué)輔導(dǎo)的工作，它們針對(duì)使用用戶的年齡或是學(xué)業(yè)情況，有著多種多樣的形式、型號(hào)。

對(duì)于工業(yè)機(jī)器人、服務(wù)機(jī)器人以至于高端類型的教學(xué)機(jī)器人，大多都會(huì)用到機(jī)械手，或是仿生機(jī)械手，而對(duì)于機(jī)械手的實(shí)現(xiàn)方法有很多，本文將對(duì)常用的實(shí)現(xiàn)方法加以闡述。

關(guān)鍵詞：仿生、機(jī)械手

仿生機(jī)械手或是機(jī)械手的類型有很多，根據(jù)機(jī)械手的自由度可以將機(jī)械手分為單自由度機(jī)械手、兩自由度機(jī)械手以至于五自由度機(jī)械手、六自由度機(jī)械手、十自由度機(jī)械手等。單自由度機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)方式和蟹鉗的運(yùn)動(dòng)的方式有點(diǎn)相似。它可以實(shí)現(xiàn)拇指和四指的張開閉合運(yùn)動(dòng)，四指之間是固連的，四指之間沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。它主要應(yīng)用于假肢，工業(yè)機(jī)器人等領(lǐng)域；兩自由度的機(jī)械手并不常見，它就是在單自由度機(jī)械手上多加了一個(gè)虎口翻轉(zhuǎn)的自由度；五自由度機(jī)械手可以實(shí)現(xiàn)每根手指的彎曲伸直運(yùn)動(dòng)，每根手指的運(yùn)動(dòng)都是相對(duì)獨(dú)立的，也可以相互組合完成一系列組合的動(dòng)作。六自由度機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)方式是在五自由度的運(yùn)動(dòng)方式上添加了虎口的內(nèi)外旋運(yùn)動(dòng)。這種機(jī)械手在國(guó)外高端的上臂式假肢上有所應(yīng)用；十自由度機(jī)械手就是在六自由度機(jī)械手的基礎(chǔ)上加上了四指的平面擺動(dòng)。十自由度機(jī)械手多在高端科研產(chǎn)品中出現(xiàn)。

本文針對(duì)常用的六自由度機(jī)械手的實(shí)現(xiàn)方法加以闡述。六自由度機(jī)械手在手指運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)方法最常用的有兩種。第一種方法如下：每根手指的結(jié)構(gòu)都采用單自由度連桿機(jī)構(gòu)。通過動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)連桿，使整個(gè)連桿機(jī)構(gòu)完成相應(yīng)的動(dòng)作，用來模擬人手指的彎曲和伸直運(yùn)動(dòng)。手指的動(dòng)力源大多采用直線電機(jī)和舵機(jī)。采用這種方法的機(jī)械手通常叫做連桿手。第二種實(shí)現(xiàn)方法如下：每根手指有三個(gè)桿件構(gòu)成，三個(gè)桿件之間通過鉸鏈連接。這三根桿件用來模擬人手指的各個(gè)指關(guān)節(jié)。在手指彎曲方向上，模擬指尖關(guān)節(jié)的桿件固連著一根鋼絲繩的一端，鋼絲繩的另一端連接在動(dòng)力源上，動(dòng)力源多采用直線電機(jī)或是舵機(jī)。在手指伸直的方向上，加有手指的彈性復(fù)位裝置，該裝置的作用就是在手指由彎曲狀態(tài)變?yōu)樯熘睜顟B(tài)的過程中施加恢復(fù)力，使手指伸直。這種彈性恢復(fù)裝置中彈性元件多采用彈簧或是彈性繩。這種方法實(shí)現(xiàn)手指彎曲運(yùn)動(dòng)的具體過程是：在動(dòng)力源的驅(qū)動(dòng)下，拉動(dòng)鋼絲繩，使得手指彎曲；實(shí)現(xiàn)手指伸直的具體過程為：動(dòng)力源的執(zhí)行元件翻轉(zhuǎn)，使得鋼絲繩不再對(duì)模擬指尖桿件施加力，此時(shí)彈性元件由于復(fù)位的作用，對(duì)模擬指尖的桿件施加恢復(fù)力，使得手指伸直。采用這種方法的機(jī)械手統(tǒng)稱為拉線手。對(duì)于仿生機(jī)械手，每根手指間的長(zhǎng)度關(guān)系要與人手的相似。具體的實(shí)現(xiàn)方案有兩種：第一種是每根手指的長(zhǎng)度相同，通過每根手指與手背板連接點(diǎn)位置的不同來實(shí)現(xiàn)手指間的長(zhǎng)度關(guān)系。第二種方法是通過每根手指的長(zhǎng)度不同來實(shí)現(xiàn)手指間的長(zhǎng)度關(guān)系。

對(duì)于虎口運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)方法也有兩種。第一種實(shí)現(xiàn)方法如下：將虎口部分分為兩個(gè)元件，一個(gè)是虎口固定元件，另一個(gè)是虎口動(dòng)作元件?；⒖诠潭ㄔc手背板通過螺栓固連，虎口動(dòng)作元件動(dòng)力源的輸出軸固連，動(dòng)力源的機(jī)體與虎口固定元件相連，通過動(dòng)力源的輸出軸的旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)虎口動(dòng)作元件相對(duì)于虎口固定元件或是手背板做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，用來模擬虎口的內(nèi)外旋運(yùn)動(dòng)。第二種方法是采用拉線的結(jié)構(gòu)，具體的實(shí)現(xiàn)方法與手指的相似。

綜上，仿生手的各個(gè)部分的實(shí)現(xiàn)方法已經(jīng)講述完畢，將其進(jìn)行有機(jī)的組合就構(gòu)成了六自由度仿生機(jī)械手。

參考文獻(xiàn)：

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