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基本信息
- 項目名稱：
- 仿人機器人欠驅(qū)動靈巧手
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 仿人機器人欠驅(qū)動靈巧手主要在于仿生和欠驅(qū)動兩方面的特點，具人類手掌的靈活度，同時通過手掌內(nèi)部的機構(gòu)只用一個電機驅(qū)動，控制簡單。
- 詳細(xì)介紹：
- 仿人欠驅(qū)動機械手 1）機械手為仿人四指的結(jié)構(gòu)形式，共包含1個主動自由度和12個被動自由度。 2）在實現(xiàn)功能的情況下，使整個機械手的設(shè)計盡量簡單，手掌運動只使用一個電機，通過動/定滑輪組、絲線帶傳動，控制每一個手指彎曲等欠驅(qū)動結(jié)構(gòu)實現(xiàn)； 3）手指上，手掌上安裝傳感器，傳感器輸出信號反饋到控制系統(tǒng)中，控制手指的運動，另外還可以用遙控器手動控制； 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)動放松時能模擬人手執(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、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 本方案是設(shè)計目的在于仿生學(xué)在機械學(xué)科中的應(yīng)用。人的手掌是一種復(fù)雜的機械結(jié)構(gòu)，包含20自由度，對于機械手的研究，使最終實現(xiàn)靈巧執(zhí)行末端在日常生活中真正應(yīng)用，整只手只有四個手指組成，但也有完善的功能。動力單元，控制單元等都集成安裝在手掌或手指內(nèi)，是一個單獨的系統(tǒng)，并且靈巧手還具有感覺多種傳感功能， 仿人欠驅(qū)動機械手設(shè)計方案： 1）機械手為仿人四指的結(jié)構(gòu)形式，共包含1個主動自由度和12個被動自由度。 2）在實現(xiàn)功能的情況下，使整個機械手的設(shè)計盡量簡單，手掌運動只使用一個電機，通過動/定滑輪組、絲線帶傳動，控制每一個手指彎曲等欠驅(qū)動結(jié)構(gòu)實現(xiàn)； 3）手指上，手掌上安裝傳感器，傳感器輸出信號反饋到控制系統(tǒng)中，控制手指的運動，另外還可以用遙控器手動控制； 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)動放松時能模擬人手執(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。 方案特點及創(chuàng)新點： 1）采用欠驅(qū)動結(jié)構(gòu)，只用一個電機就能實現(xiàn)四個手指多達(dá)12個自由度的彎曲運動，使控制相對簡單。 2）手指各指節(jié)的模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，降低了制造加工的難度； 3）使用動/定滑輪組，縮短了絲線的運動距離，使機械手更加緊湊小巧，并且使各手指上絲線所受力為電機拉動絲線上受力的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，實現(xiàn)不同的運動形式； 5）驅(qū)動單元，傳動單元，控制單元全部集成在機械手內(nèi)部，靈巧手可直接安裝在機器人手臂上，實現(xiàn)通用。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 作品仿人機器人欠驅(qū)動靈巧手的先進(jìn)性體現(xiàn)在以下幾個方面 1、理論驗證與實際制造同時性。在設(shè)計的同時，為使機械手設(shè)計上與人手縮小差距，每套方案都進(jìn)行模型實質(zhì)，驗證其可靠性，真實性。 2、在配件選用上，大量選用國際上成熟可靠的產(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)計思路，零件通用性強。將眾多零件分門別類集成模塊，替換性，可移植性強 參考文獻(xiàn) [1]吳海鴻.家庭機器人大市場已呼之欲出.中國青年報，2006年06月，。 [2]楊秀清，駱敏舟，梅。核環(huán)境下的機器人研究現(xiàn)狀與發(fā)展。機器人技術(shù)與應(yīng)用。 [3]王偉.豐田公司的伙伴機器人[J].機器人技術(shù)與應(yīng)用，2005年01期。 [4]杜宗瀠.機器人ASIMO[J].電世界,2003年9月。 [5]劉宏，姜力.飛速發(fā)展的機器人靈巧手技術(shù),哈爾濱工業(yè)大學(xué)報，2004年1月。
獲獎情況及鑒定結(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)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 本款機械手所采用的欠驅(qū)動模式在控制上大大簡化。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)勢的。 本款手設(shè)計上的一大特點即滿足大部分功能的情況下盡量簡化設(shè)計，使成本大大減低。在理論驗證階段，用3D打印機試制模型，驗證其可行性，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，提升了該款機械手的可靠性。 未來的時代中，機器人將大大普及，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)計還是有很大的優(yōu)勢的。
同類課題研究水平概述
- 縱觀全球機器人領(lǐng)域，國內(nèi)的研制水平距離歐美發(fā)達(dá)國家小有距離，這與中國所處的社會現(xiàn)狀也有關(guān)系。例如在機器人領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位的德、美、日等國家由于這些國家的科研實力普遍高于國內(nèi)同期水平，其研發(fā)的機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)動部件大多為自主開發(fā)，有氣動仿生肌肉，稀土電機，大功率盤式電機等等。 而同時，國內(nèi)大部分機器人研究所，在設(shè)計的時候牽制于國內(nèi)其他配套零件的研制水平。所以大部分時候盡管有優(yōu)秀的方案，由于其他配件上的不足，往往受制于國外電機等配件。而與此同時，由于中國或多或少承受著不對等的技術(shù)封鎖，導(dǎo)致差距難以短期內(nèi)縮短。 國內(nèi)在機器人研究上，特別是機械手的研究上，哈工大是出于領(lǐng)先地位，其技術(shù)在國際上也有一定地位。其機械手DLR_HIT Hand II上用的驅(qū)動器都為自主研制，因此在這方面一定程度上擺脫了國外的技術(shù)壟斷。 其他研究所大多無獨立開發(fā)合適的驅(qū)動結(jié)構(gòu)，發(fā)展受到限制。 目前，欠驅(qū)動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，各個關(guān)節(jié)的驅(qū)動器也更加小型化。而欠驅(qū)動手盡管控制上有所簡化，但結(jié)構(gòu)上更顯特色。可謂各有千秋。
