基于柔性液压系统的三关节仿人灵巧手指的设计与研究.pdfVIP

机械 设计与制造 第 7期 MaehineI＼v Design Manufacture 2010年 7月 文章编号：lOOl一3997(2010)07—0044—02 基于桑性液压系统的三关节仿人灵巧手指的设计与研究 张钦 国 于 萍 刘京广 魏 星 (吉林大学 机械科学与工程学院，长春 130025) Hydraulicsystembasedonflexiblejointsofthreefingersdexterous humanoiddesignandresearch ZHANGQin—guo，YuPing，LIUJing—guang，WEIXing (SchoolofMechanicalEngineering，JilinUniversity，Changehunl30025，China) 中图分类号：TH16，U46 文献标识码 ：A l引言 管发生轴向伸长，管内有钢丝的一侧不能伸长，所以没有钢丝的 一 侧便发生厂弯曲变形。从而带动手指的各个关节发生弯曲，实 随着机器人及柔性自动化技术的发提，各种关节机器人得到 现工作要求。 越来越广泛的应用，为了适应科技的发展，对柔性机器人的研究 已成为国内外研究的热点。父 型机械于是模仿人的予部动作， 按照给定轨迹和要求实现 自动抓取、搬运和操作的自动装置，特 别可在高压 、多粉尘、易爆等恶劣环境中代替人类作业．因此获得 日益广泛的应用。机器人灵巧于足 ·个高度集成化的机电系统， 涉及机械、电子、计算机等多个 科领域。20It1：~480年代以米， 图 1人工肌肉内部结构 由于气动人工肌肉的发展，将人工肌肉作为机器人的驱动装置越 1端盖 2罔柱形弹性壳 3．金属丝 4．连接圈 5．支撑弹簧 来越受到研究者的注意II，但是对采用流体驱动的人工肌肉研究 甚少。对人工肌肉的驱动特性做 了研究，没计出n夜动人工肌 肉 驱动的仿人灵巧于指。 2仿人灵巧手指 2．1液压驱动器的工作原理 单用橡胶所制成的软管， j允』f时只能进行轴 的伸张，不 能发生弯曲。假设橡胶软管壁 一侧线为轴 刚性和 向柔ifl-：(可 弯曲)，那么当软管充压时，除r管竖IJJl~条刚件侧线不能伸张 I 2手指结构 外，其余管壁侧线都将伸张，如图1所示。H时，由于耶条刚性侧 3液压驱动器的动态特性及仿真分析 线的限制，使得软管壁上各个侧线的伸长毓都小一样，从 i会导 3．1液压驱动器的动态模型 致软管的弯曲，达到了单个驱动元件的弯曲效果。所以把一一条径 假设弯曲天l节的一端固定在基座上，如图3所示。那么弯曲 向柔性较好的钢丝集成到软管壳体 ，行且该钢丝的轴线与软 火节可以等效为一个等截面的悬臂梁。当弯曲关节发生小的变形 管的轴线相平行。 时，山图所示的几何关系可得： 2．2．仿人灵巧手指结构及工作原理 ． _L (1) 柔性管一端固定在刚性手指的一端，另一端Hj在于指的滑槽 同时，弯曲关节中心轴线的伸长量为： 内滑动，如图2所示。当向管内供油时，管1人JJ土强增人，促使橡胶 △厶，=rmO (2) ★来稿 日期：2009—09—16 ■√二==、 第 7期 张钦 国等：基于