为增大工业机器人执行末端的仿人机械手工作空间尺寸,提高机械手的灵活性和通用性,对机械手手指不同关节的运动特征进行了分析,建立仿人机械手手指屈伸、侧摆及旋转运动的运动学模型;在全局坐标系下,求解机械手不同手指指尖的坐标位置范围;分析仿人机械手的运动空间范围与手指侧摆摆杆长度、侧摆角度、旋转角度间的映射关系,并通过仿真分析验证了仿人机械手的工作空间尺寸与机械手指的侧摆角及旋转角度成正比,与侧摆杆长度无关的变化规律,为后续仿人机械手的抓取运动规划提供理论依据。

为了满足服务型机器人对人机交互动作柔软性、安全性的高要求,基于仿生学理论提出了一种气压驱动扇形柔性关节,并将其用于多指灵巧仿人机械手的构建。采用柔性关节驱动和刚性手部骨骼相结合的设计理念,兼顾手部刚度与柔性。通过关节角度的检测和供气压力的调节,实现手指关节弯曲角度和手指抓握力的连续控制。描述了扇形柔性关节的工作原理和结构设计特点,以及手部整体结构的设计,并对机械手抓握动作和功能进行了试验分析。试验结果表明:柔性多指灵巧仿人机械手能够完成各种手势以及对球状、圆柱状和卡片状等物体的抓取。

该文以气动肌肉为驱动器，设计了一个六自由度的仿人机械手，实现机械手的红外遥感控制，搭建机械手的实验平台，提出气动肌肉输出位移与关节转动角度的关系，得到气动肌肉仿人机械手关节的实测运动曲线，并与机械手关节运动的理论曲线进行对比分析。实验表明，该仿人机械手在气动肌肉输出位移小于41mm时能较好实现人肘关节和腕关节的柔顺运动。