开题、综述翻译格式及范本报告

1、字体：Times New Roman四号大小，加黑欠驱动多指手设计与仿真毕业设计题目(机械设计制造及其自动化05(1)班宋体051212X班级学号1选题的背景与意义四号大小，加黑机器人多指灵巧手是仿人形机器人的个重要组成部分,用来代替人手完成某些字体：Times New Roman小四号，加黑环境下的工作,或是在人手不可及的工作场合工作,如航空、航天、各国已有或并在研制各种用途的多指灵巧机械手。宋体小四号，加黑国内外研究现状和发展趋势机械手定义人类在面对对健康有害的各种射线、高温和低压、高压和低压，进行深水考宋体小四号察 以及操作性必须利用各种远距离操作设备。远距离字体：Times New R

2、oman小四号设过适当的生物把操作与作为这种的有各种防护屏、箱、热室和其它箱室的壁，有时亦可采用加大距离的办法。 机械手就是这样一种远距离操作设备1。机械手是由操作或程序装置远距离的一种装置。它包括供模仿人手的移动和关节动作功能用的操作机构。机械手通常是由安装在区内的从动臂、安装在区外的主动臂和穿墙（防护屏）的连接臂组成。机械手一般都有可远距离可更换的操作机构，这些机构都可做成仿手指动作的夹钳或各种工具。多指灵巧手又称多指多关节机械手,是一种并联加串联形式的机器人,一般由手掌和 35 个手指组成,每个手指有 34 个关节2。目前机器人末端夹持器主要分为两大类:一类是多用途手爪,其中以多指灵巧手

3、居多;另一类是满足特定任务的夹持器。多指灵巧手形状适应能力强,但是采用了大量的串联关节导致结构复杂、控制、负载能力差、可靠性缺点。而夹持器虽然结构简单、控制方便、负载能力强、可靠性高,但是仅对少量特定形状的物体适用。欠驱动手爪是一种新型的多用途手爪。这种类型爪的特点是驱动元件数少于手指关节的度数。每个手指只有一个驱动源,整个手爪的驱动元件(电机) 的数量少,降低了结构和操作的复杂性,具有控制方便,抓取范围广泛等优点。既能以欠驱动方式实现强力包络抓取,也可以用末关节捏取方式实现精确抓取3。1.1.2 机械手的分类目前，机械手尚无通用的分类方法。它们可按不同的特点分，例如，根据从动臂对于主动臂动作

4、的模仿程度，主动臂上力的再现，用途，从动臂与主动臂的连接形式，操作方法，外形等分类。实践中所采用的机械手可分为四类：1）剑式机械手；2）机械传动和密封磁力机械手；4）特殊机械手1。械传械手；3）电械传动、和气第一类机械手一般不能完全模仿操作关节的动作。但是，由于其结构简单、价格便宜，因而获得广泛应用，是通用的机械手。第二类机械手能完全模仿操作关节的动作（有七个和七个以上的动作）。它比第一类机械手较为复杂。由于其操作方便、价格不太高，所以也得了广泛应用。磁力机械传械手比机械传械手略微复杂，而且昂贵，但能保证箱室的完全密封。第三类机械手比第二类机械手更加复杂而且昂贵。这类机械手的某些类型得了广泛应

5、用，尤其是用于操作间与箱室之间要求高度密封，进行远距离操作和主动臂作用于从动臂的力按比例反射操作的地方。这一类的非模拟机械手有杠杆或控制装置和普通（非随动的）电传动装置，简化了结构，降低了价格。第四类机械手装有控制装置，这类机械手的抓举能力很大，可用于完成预先给定的工序。1.1.3 多指手研究趋势世界机器人技术作为高技术的一个重要分支普遍受到了各国的重视，在工业生产、太空和海洋探索、国防建设以及人民生活等许多领域得到了巨大的发展和越来越广泛的应用。机器人作业环境和执行任务的精细及复杂化程度也变得越来越高，普通机器人以及与其配合的末端夹持装置已远远不能满足航天作业、深海作业、核工业技术以及其它柔

6、性生产线上各种灵巧和精细操作任务的要求，人们期待着能够将一种通用的、智能化的、能适应各种复杂工作需要的末端操作装置与机器人组装起来，协调完成各种复杂和精巧的工作任务。欠驱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，更能减少控制的复杂性，且具有重量轻、成本诸多优点。这种欠驱械手抓取物体的适应性、稳定性、抓取力都优于常规手的抓取。机械手采用电机控制手指抓力和手指转角位置，从而达到机械手的柔性操作过程，实行多功能地抓取不同物体的能力10。在这种背景下，欠驱动手指的研究已成为机器人研究领域的热门研究方向之一4。1.2 多指手研究意义多指灵巧手的结构设计和研究是机器人方面研

7、究的基础。因此，对具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。研究的基本内容与拟解决的主要问题基本内容本次毕业设计中主要完成的内容包括：1）简单的三指三关节的欠驱动三指手的机构原理分析与设计分析单指三关节欠驱动手的工作原理，三指欠驱械手的抓取特征和工作原理，欠驱动手的模型建立及运动分析，进行原理性欠驱动多指手的方案设计。2）三指三关节的欠驱动三指手的三维CAD建模、装配欠驱动多指手各关节部分的具体结构设计，利用Pro/Engineer建立三维模型，进行装配分析，进一步改进结构设计。3）三指三关节的欠驱动三指手初步的运动学仿真通

8、过建立的三维模型，进行运动分析，仿真抓取实验，对尺寸结构等参数进行调整设计。2.2 拟解决的主要问题通过设计使灵巧手在实现一定功能和拟人性的前提下,尽可能简化和安排人手的度, 以此来减轻控制的难度。减小手的体积、质量和功耗。因为过大的体积将影响外观, 过重部和过大的功耗将加重和腿部的负担, 加重电源负担。手部自由度数目、驱动类型、传动方式、关节机构、所用材料以及运动特性等对手的体积、质量和功耗均有较大影响。拟人机器人手的主要功能是抓取和移动物体。根据物体质量和表面性质, 手在抓取时应该采用不同抓取力, 即手的抓取力应具有一定的可控性。尽可能增加拟人性, 同时减轻实时控制难度及减小体积、重量。3

9、研究思路方案、可行性分析及预期成果本设计拟采用理论分析与三维建模与仿真实验的方法，人的基础上，通过三维Pro/E环境完成三指三关节的欠驱动三指手的设计仿真，并对其进行初步的运动学分析。3.1 研究思路方案具体思路方案包含以下三个方面：3.1.1 目前已有的欠驱动多指构原理分析目前国内外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,度为35度, 手指关节的运动副都是采用转动副5。具体型式如下所述。个, 具有冗余从手指关节运动副的型式上看，多指灵巧手指机构各关节通过运动副彼此相连。常见的多指灵巧手关节运动副有转动副、移

10、动副、螺旋副、圆柱副和球面副。由于多指灵巧手各关节处的运动都要借助于各个驱动器来实现。通常多于一个度的运动副,如圆柱副和球面副等驱动起来很不方便,在现实中如果必须使用这样的运动副,通常也采取将其化成几个只有一个度的运动副的运动来实现。所以在种6。多指灵巧手中所采用的运动副类型,只有转动副、移动副和螺旋副3从手指数目和手掌上看，多指灵巧手指数目一般取35 个。人手有5 个手指,抓取姿态千变万化,具有很强的适应性。最直接的设计方法是按照人手的式样,设计一个手掌5个三关节指,已有Belgrade/ usc 手被设计出来,但它有5个手指共15 个关节,控制方式仍采用传统控制策略,15 个手指关节要15

11、 个独立控制系统,如果加上传感器,规划过程和控制过程将非常复杂,很难保证实时性。因此,通过分析机器人手的抓取功能,在基本不影响抓取功能的前提下,简化手爪6。从手指的结构型式上看，根据现有灵巧手的情况,一般采用3 个或者4 个运动副。若手指的运动副数目为3 个,单从手指来说,因为不存在冗余关节,也就不存在抓取和操作物体的灵巧性。若手指的运动副数目为5 个或更难,所以不可取6。,则结构过于复杂,控制也从各关节运动的驱动方式及传动方式上看，驱动系统是机器人灵巧手的重要组成部分,对系统的性能和操作能力具有决定性的作用。驱动器是驱动系统的,用以产生运动和力;传动系统将运动和力从驱动器传递到灵巧手手指的关

12、节。到目前为止,多指灵巧手绝大多数采用了电驱动,部分采用了电液驱动、气压驱动和形状合金等驱动方式。少数的灵巧手采用了一些新型的驱动技术,如压电陶瓷驱动,可伸缩性聚合体驱动等。驱动形式基本上都是通过旋驱动器或直线型驱动器带动腱传动系统进行手指关节的远距离驱动6。从各关节的截面结构型式上看，关节的截面可以采用圆形、方形、椭圆形及复合形状,一般都是空心结构,可以安装滑轮、拉线、弹簧等等。截面为椭圆形指制造略难。圆形截面各关节之间的连接不太方便。为了便于关节之间的连接,和便于制造, 多指灵巧手通常采用方形截面,而且这种形式比较接近人手与物体的接触形式6。从传感器的选用及布置上看，多指手的控制和传感器技

13、术是多指手研究的重点和难点。多指手有比较复杂的传感器系统,主要有力、位置、接近觉、触觉和视觉等传感器。利用这些传感器的信息不仅可以控制多指手的运动、抓取力、进行避碰规划,而且可以融合这些信息获得对物体和环境的完整正确的描述,提高机器人的能力6-8。3.1.2 基于Pro/ E设计的三维CAD设计目前,随着计算机辅助技术的不断发展,三维造型功能不断完善,传统的二维设计正逐渐被三维实体设计所代替。Pro /Engineer是PTC公司于1988年开发的参数化设计系统,是一套由设计至生产的机械自动化的三维实体模型(3DS)设计,它不仅具有CAD 的强大功能,同时还具有CAE 和CAM 的功能,广泛应

14、用于工业设计、机械设计、模具设计、机构分析、有限元分析、加工制造及关系数据库管理等领域。而且能同时支持针对同一产品进行同步设计,具有单一数据库、全相关性、以特征为基础的参数式模型和尺寸参数化等优点。采用三维CAD 设计的产品,是和实物完全相同的数字产品,零之间的一目了然,Pro/Engineer9。能计算零之间的和体积,把错误消灭在设计阶段运用Pro/ E三维设计,通过对特征工具的操作,避免高级语言的复杂编程,所开发设计出来的三指三关节的欠驱动三指手,便于研究通过对界面特征工具的操作,生成欠驱动三指手实体模型，甚至输出所需要的工程图及相关分析数据。这样既可辅助研究完成其设计构思、减轻劳动强度、

15、提高效率和精度、改善视觉的效果,并可有效地缩短研制周期,提高设计制造的成功率;也为后续的3D运动学仿真分析奠定了基础。3.1.3 基于Pro/ E设计的运动学分析运动仿真是机构设计的一个重要内容, 在Pro /E的Mechanism模块中,通过对机构添加运动副、驱动器使其运动起来,来实现机构的运动仿真。通过仿真技术可以在进行整体设计和零件设计后, 对各种零件进行装配后模拟机构的运动, 从而检查机构的运动是否达到设计的要求, 可以检查机构运动中各种运动构件之间是否发生干涉，实现机构的设计与运动轨迹校核。同时, 可直接分析各运动副与构件在某一时刻的位置、运动量以及各运动副之间的相互运动关系及关键的

16、受力情况。在Pro /E环境下进行机构的运动仿真分析,不需要复杂的数学建模、也不需要复杂的计算机语言编程,而是以实体模型为基础,集设计与运动分析于一体,实现产品设计、分析的参数化和全相关,反映机构的真实运动情况。本次毕业设计以PTC公司的三维建模Pro/E及其中的运动学仿真功能建立欠驱动三指手的运动仿真模型。首先在Pro/E中建立欠驱动三指手的三维CAD模型，然后完成整只手指的装配，设置三指手的安装位置为机构运动的初始位置，添加驱动和约束，进行运动仿真。在整个过程中，需要对建立模型等前续工作进行不断的修改和完善，才能生成所要求的欠驱动三指构的仿真模型。3.2 可行性分析欠驱动的提出给传统的机械

17、手的研究带来了，使多度多指手的设计更加简单，并适应多种任务。经过几年的研究与发展，在欠驱动多指手结构摸、分析与设计方法方面已取得了一定的研究成果2-7，在航空航动学建器人和制造等领域已有重要的应用。人研究工作基础上，本设计进行欠驱动多指手设计与仿真，在基本原理上是可行的。本设计的工作主要涉及力学、机械原理和机械设计等方面的知识，以及Pro/ E设计工具，本人已学习了这些相关课程，并取得了较好的成绩，掌握了本设计所需的基本知识。指导老师及其课题组在欠驱动多指手的相关研究方面具有很多成功的经验，本设计的研究方法思路经过深思熟虑，切实可行，能够确保毕业设计的顺利完成并取得预期的研究成果。3.3 预期

18、研究成果设计出三指三关节的欠驱动三指手，完成三维建模。通过仿真分析，保证设计能较好的满足设计要求。时间段 1-2 周研究工作计划完细参考文献超过 10 篇，至少2 篇外文格式规范1苏A.，.A.达等.机械手M.原子能,1982:2.欠腱驱动多指灵巧手的设计 J .机械设计与研究，2003，19(1) :3,.多关节欠驱器人手爪包络抓取稳定性精密工程，2004，12(5) :498-551.4.基于欠驱构的机械手爪的研究J.机械工程师, 2004，15(3) :12-15.5,鲍官军,.机器人多指灵巧手及其驱动系统研究的现状J.农业工程学报，2004，20(3)：271-273.6，中.多指护理灵巧手的优化J.机械传动，2005，20(3)：20-22.7Caz A,Cannata G.The design and development of the DIST 2 hand dextrous gripperJ.P起止时间内容2010.11.152010.12.10调研、信息汇总，文献查阅分析2010.12.102010.12.31外文翻译、文献综述、开题，并熟悉理论力学、机械原理等相关知识2011.01.012011.01.10