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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 仿人機(jī)器人欠驅(qū)動(dòng)靈巧手
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 仿人機(jī)器人欠驅(qū)動(dòng)靈巧手主要在于仿生和欠驅(qū)動(dòng)兩方面的特點(diǎn)，具人類手掌的靈活度，同時(shí)通過手掌內(nèi)部的機(jī)構(gòu)只用一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，控制簡(jiǎn)單。
- 詳細(xì)介紹：
- 仿人欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械手 1）機(jī)械手為仿人四指的結(jié)構(gòu)形式，共包含1個(gè)主動(dòng)自由度和12個(gè)被動(dòng)自由度。 2）在實(shí)現(xiàn)功能的情況下，使整個(gè)機(jī)械手的設(shè)計(jì)盡量簡(jiǎn)單，手掌運(yùn)動(dòng)只使用一個(gè)電機(jī)，通過動(dòng)/定滑輪組、絲線帶傳動(dòng)，控制每一個(gè)手指彎曲等欠驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)； 3）手指上，手掌上安裝傳感器，傳感器輸出信號(hào)反饋到控制系統(tǒng)中，控制手指的運(yùn)動(dòng)，另外還可以用遙控器手動(dòng)控制； 4）指節(jié)與指節(jié)鉸鏈處裝有扭力不等復(fù)位扭簧，使各手指在驅(qū)動(dòng)放松時(shí)能模擬人手執(zhí)伸直狀態(tài)恢復(fù)。 5）手掌面覆蓋一層具有一定摩擦系數(shù)的織物，增大摩擦力，并提供相應(yīng)緩沖。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 本方案是設(shè)計(jì)目的在于仿生學(xué)在機(jī)械學(xué)科中的應(yīng)用。人的手掌是一種復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)，包含20自由度，對(duì)于機(jī)械手的研究，使最終實(shí)現(xiàn)靈巧執(zhí)行末端在日常生活中真正應(yīng)用，整只手只有四個(gè)手指組成，但也有完善的功能。動(dòng)力單元，控制單元等都集成安裝在手掌或手指內(nèi)，是一個(gè)單獨(dú)的系統(tǒng)，并且靈巧手還具有感覺多種傳感功能， 仿人欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械手設(shè)計(jì)方案： 1）機(jī)械手為仿人四指的結(jié)構(gòu)形式，共包含1個(gè)主動(dòng)自由度和12個(gè)被動(dòng)自由度。 2）在實(shí)現(xiàn)功能的情況下，使整個(gè)機(jī)械手的設(shè)計(jì)盡量簡(jiǎn)單，手掌運(yùn)動(dòng)只使用一個(gè)電機(jī)，通過動(dòng)/定滑輪組、絲線帶傳動(dòng)，控制每一個(gè)手指彎曲等欠驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)； 3）手指上，手掌上安裝傳感器，傳感器輸出信號(hào)反饋到控制系統(tǒng)中，控制手指的運(yùn)動(dòng)，另外還可以用遙控器手動(dòng)控制； 4）指節(jié)與指節(jié)鉸鏈處裝有扭力不等復(fù)位扭簧，使各手指在驅(qū)動(dòng)放松時(shí)能模擬人手執(zhí)伸直狀態(tài)恢復(fù)。 5）手掌和手指上安有織物，增大摩擦，增加緩沖。 方案特點(diǎn)及創(chuàng)新點(diǎn)： 1）采用欠驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，只用一個(gè)電機(jī)就能實(shí)現(xiàn)四個(gè)手指多達(dá)12個(gè)自由度的彎曲運(yùn)動(dòng)，使控制相對(duì)簡(jiǎn)單。 2）手指各指節(jié)的模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，降低了制造加工的難度； 3）使用動(dòng)/定滑輪組，縮短了絲線的運(yùn)動(dòng)距離，使機(jī)械手更加緊湊小巧，并且使各手指上絲線所受力為電機(jī)拉動(dòng)絲線上受力的1/4； 4）通過改變安裝在指節(jié)與指節(jié)間扭簧的系數(shù)大小控制各指節(jié)的彎曲順序，實(shí)現(xiàn)不同的運(yùn)動(dòng)形式； 5）驅(qū)動(dòng)單元，傳動(dòng)單元，控制單元全部集成在機(jī)械手內(nèi)部，靈巧手可直接安裝在機(jī)器人手臂上，實(shí)現(xiàn)通用。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 作品仿人機(jī)器人欠驅(qū)動(dòng)靈巧手的先進(jìn)性體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面 1、理論驗(yàn)證與實(shí)際制造同時(shí)性。在設(shè)計(jì)的同時(shí)，為使機(jī)械手設(shè)計(jì)上與人手縮小差距，每套方案都進(jìn)行模型實(shí)質(zhì)，驗(yàn)證其可靠性，真實(shí)性。 2、在配件選用上，大量選用國(guó)際上成熟可靠的產(chǎn)品，在不犧牲性能的基礎(chǔ)上降低成本。使效益最大化。 3、采用模塊化設(shè)計(jì)思路，零件通用性強(qiáng)。將眾多零件分門別類集成模塊，替換性，可移植性強(qiáng) 參考文獻(xiàn) [1]吳海鴻.家庭機(jī)器人大市場(chǎng)已呼之欲出.中國(guó)青年報(bào)，2006年06月，。 [2]楊秀清，駱敏舟，梅。核環(huán)境下的機(jī)器人研究現(xiàn)狀與發(fā)展。機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用。 [3]王偉.豐田公司的伙伴機(jī)器人[J].機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用，2005年01期。 [4]杜宗瀠.機(jī)器人ASIMO[J].電世界,2003年9月。 [5]劉宏，姜力.飛速發(fā)展的機(jī)器人靈巧手技術(shù),哈爾濱工業(yè)大學(xué)報(bào)，2004年1月。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 模型
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 本款機(jī)械手所采用的欠驅(qū)動(dòng)模式在控制上大大簡(jiǎn)化。盡管在性能上不如全功能手，但是在一定領(lǐng)域上的小有優(yōu)勢(shì)的。 本款手設(shè)計(jì)上的一大特點(diǎn)即滿足大部分功能的情況下盡量簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，使成本大大減低。在理論驗(yàn)證階段，用3D打印機(jī)試制模型，驗(yàn)證其可行性，減低了研究成本。此外，在標(biāo)準(zhǔn)件的選用上多選用性能優(yōu)異的成熟產(chǎn)品，提升了該款機(jī)械手的可靠性。 未來的時(shí)代中，機(jī)器人將大大普及，在家庭娛樂，公共服務(wù)，醫(yī)療衛(wèi)生，基礎(chǔ)教育上得到廣泛應(yīng)用。所以這種低成本的設(shè)計(jì)還是有很大的優(yōu)勢(shì)的。
同類課題研究水平概述
- 縱觀全球機(jī)器人領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)的研制水平距離歐美發(fā)達(dá)國(guó)家小有距離，這與中國(guó)所處的社會(huì)現(xiàn)狀也有關(guān)系。例如在機(jī)器人領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位的德、美、日等國(guó)家由于這些國(guó)家的科研實(shí)力普遍高于國(guó)內(nèi)同期水平，其研發(fā)的機(jī)械靈巧手更逼近正常人手的水平。 如NASA的Robonaut；shadow Robot 公司的Smart Motor Hand；orebro university 開發(fā)的actuated Sheffield hand等等，其中的驅(qū)動(dòng)部件大多為自主開發(fā)，有氣動(dòng)仿生肌肉，稀土電機(jī)，大功率盤式電機(jī)等等。 而同時(shí)，國(guó)內(nèi)大部分機(jī)器人研究所，在設(shè)計(jì)的時(shí)候牽制于國(guó)內(nèi)其他配套零件的研制水平。所以大部分時(shí)候盡管有優(yōu)秀的方案，由于其他配件上的不足，往往受制于國(guó)外電機(jī)等配件。而與此同時(shí)，由于中國(guó)或多或少承受著不對(duì)等的技術(shù)封鎖，導(dǎo)致差距難以短期內(nèi)縮短。 國(guó)內(nèi)在機(jī)器人研究上，特別是機(jī)械手的研究上，哈工大是出于領(lǐng)先地位，其技術(shù)在國(guó)際上也有一定地位。其機(jī)械手DLR_HIT Hand II上用的驅(qū)動(dòng)器都為自主研制，因此在這方面一定程度上擺脫了國(guó)外的技術(shù)壟斷。 其他研究所大多無獨(dú)立開發(fā)合適的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，發(fā)展受到限制。 目前，欠驅(qū)動(dòng)手和全功能手的研究都是熱門的研究方向。全功能手在結(jié)構(gòu)和控制上更需要精巧的設(shè)計(jì)，各個(gè)關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)器也更加小型化。而欠驅(qū)動(dòng)手盡管控制上有所簡(jiǎn)化，但結(jié)構(gòu)上更顯特色?？芍^各有千秋。
