文档介绍：三关节仿生机械手指的设计1三关节仿生机械手指的设计【摘要】本文的设计采用直流减速电机驱动机械手指动作,利用具有PWM(脉宽调制)功能的MCU作为控制单元,使用微型电位器作为手指动作绝对位置的反馈,实现对手指动作的反馈控制。【关键词】三关节机械手指减速电机反馈控制引言现代生活中,机械手臂和机械手的应用越来越多。机器人视觉技术的进步,使得机器人能识别更多的物体,进而完成更多的任务;另一方面利用脑电波分析技术的提高和神经的电极植入技术,从人的大脑,或者残疾人的残肢处获取信号,人类越来越可能通过意识直接控制机器的运作,从而实现残疾人的“断臂再生”。机械手臂则是这些控制系统的执行机构。因此如何制造一个多功能灵活的机械手臂作为就成为了完成整个智能手臂系统的关键技术。机械手臂和机械手广泛地应用在工业生产中,用来完整一些重复程度高,或者要求精度高的加工任务,但是这些机械手只能完成某种事先设定的某种固定的任务;而且执行抓取、握持等动作的时候,也大多也靠真空吸盘、电磁铁等非机械部件来实现,而这些只能针对特定的目标物体才能使用,而不具有普遍适用的能力。机器人的机器手和残疾人的假肢的需求则不同,他需要使用抓取的方式拾取目标物体,从而可以适应不同的材质,形状,硬度。仿生机械手更接近人们的使用习惯,也更容易直接使用为人手所设计的工具,使得机械手的功能范围得到扩展。而且从美学上来说,仿生的机械手作为残疾人的假肢,更容易为人们所接受。然而仿生机械手的跟传统的工业用机械手相比,在设计制造上更加困难。首先仿生机械手手指的关节更多,以便能实现更多的自由度,这样就要求每个关节的尺寸更小,只能采用微型的马达来产生动力。机械手的手指形状也限制了手指的传动方式,狭小的内部空间限制了传动方式无法采用传统的液压气压等方式,只能采用微型的齿轮组。,一般在半圆周以内。但是需要动作精度高,夹起物体的时候需要的扭力大,因此需要减速型的电机。N20正向减速电机N20反向减速电机在市场上找到的两种微型的直流减速电机。第一种减速箱的输出轴和电机的输出轴方向同向,这种减速电机的特点是纵向比较长,可以纵向布置在指节的内部。输出方向和机械手指节转动的方向是垂直的,需要在输出轴的位置增加伞齿轮来转换输出方向。第二种减速电机的减速箱输出啊方向和电机轴的方向相反,这种电机纵向比较扁平,因此可以横向布置在指关节的内部,而且可以直接利用输出轴驱动下一级的手指屈伸,使用第二种减速电机相比第一种,结构更加简化,缩短了每节手指的最短长度。,起到包含和支撑动力部件的作用。提取较重的物体时,零件承受的力量比较大,为了保证手指有较高的强度,选用金属材料。整块的金属材料难以加工成型,而金属板材更易获得,加工的工艺也多种多样,可以冲压,线切割,其中冲压更容易实现批量生产。因为是设计制作验证阶段,需要的量不大,也为了能有更高的精度,机械手指的机械部分使用线切割机进行加工。同时保证机械结构有较小的空虚位间隙,有利于控制系统的调节。,可以直观的模拟出加工后的效果,也利于尺寸的精确控制。板材的连接困难,由于板材比较薄,制作螺纹困难,而且考虑到内部还要容纳电机和减速器,使用螺钉也会挤占内部的空间,因此放弃螺钉固定零件的方案。而焊接固定的方式则会导致零件无法拆卸更换,不利于调试和维护。经过研究后发现燕尾连接的方式比较适合板材的链接,只需要在设计时在两个零件的连接处设计倒梯形的形状,在组装时,两个零件就可以铆接在一起,并且无缝隙,不占用多余的空间。下图为设计的机械手指支撑骨架结构的图纸。。值得注意的是,考虑到线切割加工之后要进行弯折加工。由于采用的不锈钢板材具有很好的韧性。弯折的时候可能会在需要弯折区域的周围发生有害的形变,导致零件的精度下降,影响手指内部零件的空间分布。因此在设计线切割图纸的时候可以在弯折的部位制造凹槽,使得弯折时应力集中,形变主要发生在有凹槽的区域。将切割好的板材按照弯折线的位置,向上弯折90度,就可以得到机械手指支撑骨架的两个重要零件。,并从侧面施力,使燕尾嵌入燕尾槽,完成了一个机械手指关节单元骨架的组装。(2-3)为组装完毕的机械手指关节实物。若在两个支撑零件组合之前装入动力部件,就是一个完整的可控制输出角度的关节单元。将多个关节依次连接,并将转轴部分的孔扣入有键槽的减速电机输出轴上,就完成了多个指关节的级联。,对应直流马达的正传和反转。为了实现马达双向转动控制,需要使