基于人機工程學的虛擬人手的模型建立及運動學仿真.pdf

1、隨著工業(yè)的發(fā)展,機器人得以廣泛的應用。作為機器人的一重要組成部分,多指靈巧手因其具有極強的功能和通用性能完成各類復雜的作業(yè),如化工生產(chǎn)、機械制造、核電維修、醫(yī)療手術等。因此,高性能的通用性靈巧手成為當今國內(nèi)外的研究熱點。
　　本文在分析國內(nèi)外多指靈巧手的研究現(xiàn)狀基礎上,設計出了一種新型的五指靈巧手,并對其進行了正逆運動學建模,最后對其運動軌跡空間進行了仿真。首先,對人手的生理結構進行了重點分析并建立了人手的3D模型,該虛擬手具有兩

2、大創(chuàng)新點:一是手指和手掌的結構尺寸與人手實際統(tǒng)計下的平均尺寸一致;二是手指不僅能實現(xiàn)伸屈功能,同時也可作左右的收展運動。針對仿生人手存在尺寸過大、運動性能與人手實際運動性能差別明顯這一問題,基于人機工程學,本文采用實際測量與理論分析相結合的方法得到人手的結構尺寸及運動參數(shù),設計了可伸屈和收展的拇指、食指、中指、無名指和小指。用Pro/E軟件對各手指及手掌進行了建模和裝配,實現(xiàn)了人手自然狀態(tài)、張開、正握和側握運動仿真。其次,對虛擬人手進行

3、了運動學分析,采用D-H矩陣變換方法,建立了虛擬五指靈巧手的正逆運動學模型,正逆運動學模型驗證結果表明:以食指為代表的四指和拇指的運動學模型建立正確。最后,仿真了虛擬五指靈巧手的運動軌跡空間,仿真結果表明:虛擬五指靈巧手的運動學建模正確,靈巧手的運動軌跡空間與真實人手運動軌跡空間非常相似,能完成真實人手的一些常用動作如側握、正握、側捏、正捏、勾等,具有良好的運動性能。主要研究內(nèi)容包括:用MATLAB軟件對食指在自然狀態(tài)、左展15°、右展