目 錄 摘 要. 1 1 緒論. 1 1.1 仿生機械的概述 2 1.2 課題的研究目的和意義 3 1.3 國內(nèi)外該領域的研究現(xiàn)狀 3 1.4 關節(jié)運動的驅(qū)動方式 7 1.4.1 繩索滑輪驅(qū)傳動方式 8 1.4.2 鏈條、鋼帶驅(qū)動 8 1.4.3 閉式鏈連桿傳動機構的驅(qū)動方式 8 1.5 本文主要研究內(nèi)容. 10 2 原理方案的設計 10 2.1 明確設計任務 11 2.2 功能分析 12 2.3 功能分析 12 2.4 功能分解 12 2.5 原理方案 12 2.6. 具體工作原理 . 14 2.6 本章總結 15 3 機械手手指的運動分析 15 3.1 手指機構運動學 15 3.1.1 手指機構的自由度計算 15 3.1.2 位置正解. 16 3.1.3 三自由度仿生機械手指的位置反解分析. 17 3.2 仿生機械手指的速度分析 21 3.3 仿生機械手指的運動空間分析與仿真 22 4 基于 Pro/e 的仿生機械手的建模，裝配及仿真 . 24 4.1 Pro/e 簡介. 24 4.2 仿生機械手各部分的建模 . 25 4.3 機械手的裝配與仿真 . 25 4.3.1 機械手的裝配 25 4.3.2 機械手的仿真 31 總結與體會 34 致謝詞 35 參考文獻 361 摘 要 本設計是根據(jù)亞確定輸入的原理設計的以少輸入控制多自由度的三指九自由 度機械手， 在機械手初始運動時機械手的每個手指作為一個運動單元作整體的運動，但當機械手手指的第一個指節(jié)因某種因素突然受阻，驅(qū)動力克服動力約束，自 動啟動了位于第一個指節(jié)和第二個指節(jié)之間關節(jié)的轉動自由度， 時就應用了各個手指的第二個自由度，同樣的，當?shù)诙€指節(jié)和第三個指節(jié)間的轉動自由度因為某 種外在的因素突然受阻時，自動啟動機械手各個手指的第三個自由度。這樣就實現(xiàn) 了機械手的以少輸入控制多自由度的控制方式， 達到機械手對不同形狀工件的抓取動作，可以達到省力、省能以及減少電動機設計容量，因而減少機構的負載及改 善動力性能。 【關鍵詞】亞確定輸入、自由度、指節(jié) Abstract The design is based on the principle of deficient-determinate input to low input control means more than nine degrees of freedom of the three DOF manipulator, when the initial movement of the robot manipulator as a motor unit for each finger movement as a whole, but when the robot The first finger knuckles suddenly blocked by a certain factor, driving force to overcome the power constraints, automatically launched in the first knuckle and the second knuckle joint between the rotational DOF, then the application of the first of each finger two DOF, the same, when the second and third knuckle knuckle between the rotational DOF for some external factors suddenly blocked, the robot automatically start the third DOF of each finger. This realization of the robot with less DOF input control and more control to achieve the mechanical hand to capture action different shapes of the work piece can be achieved effort, saving energy and reducing the design capacity of electric motors, thus reducing the load and improve power sector performance . 【Key words】deficient-determinate input；DOF ； knuckle 1 緒論1 1.1 仿生機械的概述 仿生學是近期發(fā)展起來的一門新興學科， 生學的的發(fā)展促進了與之密切相關的的仿生機械學的誕生和發(fā)展。機器人機構在仿生機械領域中發(fā)展最快，也是應 用最廣泛的仿生機構。模仿各類動物的行走﹑爬行的動作，為移動機器人的設計 與構思提供了美好的前景。在這里主要介紹生物運動機理與仿生機構的設計構思， 為開展仿生機構的研究提供入門知識。 在仿生機械中，仿生機構作為仿生機械的重要組成部分，是模仿生物的運動形 態(tài)﹑生理結構和控制原理設計制造出的功能更集中效率更高﹑應用更加廣泛并具 有生物特征的機構，是仿生機械中完成機械運動的物質(zhì)載體。 模仿生物的形態(tài)、結構和控制原理設計制造出的功能更集中、效率更高并具有 生物特征的機械。研究仿生機械的學科稱為仿生機械學，它是 20 世紀 60 年代末 期由生物學、生物力學、醫(yī)學、機械工程、控制論和電子技術等學科相互滲透、 結合而形成的一門邊緣學科。在自然界中,生物通過物競天擇和長期的自身進化, 已對自然環(huán)境具有高度的適應性。它們的感知、決策、指令、反饋、運動等機能 和器官結構遠比人類所曾經(jīng)制造的機械更為完善。 模仿生物形態(tài)結構創(chuàng)造機械的技術有悠久的歷史。15 世紀意大利的列奧納 多．達芬奇認為人類可以模仿鳥類飛行,并繪制了撲翼機圖。到 19 世紀,各種自然 科學有了較大的發(fā)展,人們利用空氣動力學原理,制成了幾種不同類型的單翼機和 雙翼滑翔機。1903 年，美國的 W.萊特和 O.萊特發(fā)明了飛機。然而，在很長一段時 間內(nèi)，人們對于生物與機器之間到底有什么共同之處還缺乏認識，因而只限于形 體上的模仿。直到 20 世紀中葉，由于原子能利用、航天、海洋開發(fā)和軍事技術的需要，迫切要求機械裝置應具有適應性和高度的可靠性。而以往的各種機械裝置 遠遠不能滿足要求，迫切需要尋找一條全新的技術發(fā)展途徑和設計理論。隨著近 代生物學的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)，生物在能量轉換、控制調(diào)節(jié)、信息處理、辨別方位、 導航和探測等方面有著以往技術所不可比擬的長處。同時在自然科學中又出現(xiàn)了 “控制論”理論。它是研究機器和生物體中控制和通信的科學?？刂普撌菧贤?術系統(tǒng)和生物系統(tǒng)工作原理之間的橋梁，它奠定了機器與生物可以類比的理論基 礎。1960 年 9 月在美國召開了第一屆仿生學討論會，并提出了“生物原型是新技 術的關鍵”的論題，從而確立了仿生學學科，以后又形成許多仿生學的分支學科。 1960 年由美國機械工程學會主辦，召開了生物力學學術討論會。1970 年日本人工 手研究會主辦召開了第一屆生物機構討論會，從而確立了生物力學和生物機構學 兩個學科，在這個基礎上形成了仿生機械學。 仿生機械研究的主要領域有生物力學、控制體和機器人。生物力學研究生命 的力學現(xiàn)象和規(guī)律，包括生體材料力學和生體流體力學，生體機械力學和生體流 體力學?？刂企w和機器人是根據(jù)從生物了解到的知識建造的工程技術系統(tǒng)。其中 用人腦控制的稱為控制體(如肌電假手、裝具)；用計算機控制的稱為機器人。仿2 生機械學的主要研究課題有擬人型機械手、步行機、假肢以及模仿鳥類、昆蟲和 魚類等生物的各種機械。 1.2 課題的研究目的和意義 自從 1960 年第一臺機器人問世以來，機器人技術有了迅猛的發(fā)展，在國防、科 研、生產(chǎn)等領域都有了廣泛的應用，代替人們從事一些復雜的、危險的、或者非 人可達的工作，從而減輕了人們的勞動強度，提高了效率，擴大了人類活動的空 間。但是就目前國內(nèi)外的工業(yè)機器人而一言，大都是針對專門的任務而設計的， 使用的也是夾鉗式或平行移動式的單自由度末端執(zhí)行器。這種末端執(zhí)行器的結構 簡單，控制方便，對于實現(xiàn)負荷的大范圍運動作業(yè)十分有效，但卻存在以下幾個 方面的缺點： 1.它對物體的夾持和定位是通過施加較大的壓力所產(chǎn)生的摩擦力來實現(xiàn)的，存在抓取的幾何封閉和力封閉，因此難于達到很高的抓取精度，穩(wěn)定性和可靠性 差。 2.它限制了機器人系統(tǒng)的精細作業(yè)水平。傳統(tǒng)的機器人通過臂調(diào)整末端位置， 通過手腕調(diào)整末端姿態(tài)。由于臂的尺寸較大，因此通過整個臂部的運動很難實現(xiàn) 物體的精確位姿調(diào)整和操作，且動態(tài)響應較差。 3.它缺少精確的力控制，只能完成夾持力要求不高的作業(yè)。 4.不能適應物體外形的變化。 多指靈巧手的研制有助于解決上述問題。因為作為末端執(zhí)行器的靈巧手相當于 安裝在機器人臂上的可獨立實現(xiàn)精細操作運動的一組機器人，通過機器人臂實現(xiàn) 粗定位，利用靈巧手實現(xiàn)精確定位。若采用適當?shù)淖ト》绞胶妥ト∫?guī)劃算法，從 理論上可以抓取任意形狀的物體并且對物體施加任意的運動和力。這對提高機器 人智能化作業(yè)水平有著重要的意義。本課題通過對靈巧手手指結構的優(yōu)化設計及 對控制系統(tǒng)的研究，想解決以下幾個問題: （1）能適應被操作對象外形的變化、盡可能抓取不同形狀的物體; （2）能控制操作力，以便對不同材質(zhì)的對象進行操作; （3）能對被抓物體進行微小的位姿調(diào)整; （4）通過上位機控制完成抓取運動規(guī)劃，能夠使靈巧手平穩(wěn)的運動并能實 現(xiàn)對物體的穩(wěn)定抓取。 1.3 國內(nèi)外該領域的研究現(xiàn) 狀1962 年美國就有一種類似多指靈巧手的手爪制造出來。但是真正的靈巧手是 1974 年日本的 okada 手[1]，如圖 1.1 所示。3 該手具有三個手指，有一個手掌，拇指有三個自由度，另兩個手指各有四個自由 度。各自由度都是由電機驅(qū)動，并由鋼絲和滑輪完成運動和動力的傳遞，屬于 n 驅(qū)動方式。該手的抓取重量為 0.8Kg，自重 0.24Kg。這種手的靈巧性比較好，但 由于拇指只有三個自由度，還不是最靈巧的手。此外，在結構上，各個手指細長 而單薄，難以實現(xiàn)較大的抓取力和操作力。 德國宇航中心研制的 DLR 手被公認為迄今為止世界上最復雜、智能化和集成化 最高的仿人機器人多指靈巧手[2]。如圖 1.2 所示，該手是一種仿人手，它是由四 個完全相同手指組成， 個手指有四個關節(jié)。 個手共由 1000 個機械零件以及 1500 個電子元件和 112 個傳感器組成。其中，末端的兩個關節(jié)同人手類似，存在著機 械禍合，使用一個驅(qū)動器進行驅(qū)動?；P節(jié)使用兩個驅(qū)動器，實現(xiàn)兩個方向的運 動。DLR 手采用電驅(qū)動方式，使用微型直線驅(qū)動器作為驅(qū)動元件，n+1 驅(qū)動方式。 該直線驅(qū)動器將旋轉電機、旋轉直線轉換結構和減速機構融為一體。所以它可將 所有的驅(qū)動器集成在手指或手掌中，減小了手指的尺寸，同時使腿的傳動距離縮 短，提高了動態(tài)響應。DLR 手在每個手指上集成有 28 個傳感器，包括類似人工皮 膚的觸覺傳感器、關節(jié)力矩傳感器、位置傳感器、速度傳感器和溫度傳感器等。 圖 1.2DLR 多指靈巧手指 具代表性的多指靈巧手是 1985 年美國麻省理工學院和猶他大學聯(lián)合研制的 Utah/M 工 T 靈巧手[3]，這是一種仿人手，其大小、形狀、功能都與人手相似。4 Utah/MIT 手采用了模塊化的結構設計，四個手指(拇指、食指、中指和無名指)完 全相同，每個手指有四個自由度，各手指都連接到手掌并且相對于手掌運動。手 指的每個關節(jié)都由腿(繩索)、滑輪進行遠距離帶動，屬于 2n 驅(qū)動方式，驅(qū)動元件 采用的是一排氣動伺服缸，能在指尖上產(chǎn)生 31N 的抓取力。16 個位置傳感器裝在 每個關節(jié)上，32 個腿拉緊傳感器裝在腕后面。目前該手多用于實驗室的各種研究，它的主要問題是關節(jié)自由度太多，控制太復雜，難以實現(xiàn)實時的在線控制，還未 得到實際應用。 美國斯坦福大學研制的 Stanford/JPL 手(Salisbry 手)[4]也是一種非常具有代 表性的非仿人多指靈巧手。該手沒有手掌，共三個手指，每指三個關節(jié)，拇指相 對另兩指布置。每個手指由四個直流力矩電機驅(qū)動，通過四條繩索張力的調(diào)節(jié)來 控制三個關節(jié)力矩的大小，屬于 n+1 驅(qū)動。關節(jié) 1、2 有士 90’的運動范圍，末端 關節(jié) 3 有士 135’ 運動范圍。 種手每個手指的自由度只有三個， 抓取物體時， 抓取點(指尖位置)一旦確定后，其抓取姿態(tài)就唯一確定。因此，實際上手指沒有 冗余關節(jié)，也就沒有抓取的柔性，無法像人手一樣進行靈巧、穩(wěn)定的抓取和操作。 此外，根據(jù)欠驅(qū)動原理研制的三指 10 個自由度的機器人手爪具有驅(qū)動元件數(shù)量少、抓取物體范圍廣泛等優(yōu)點，在欠驅(qū)動手爪的 4 個主要機構中,欠驅(qū)動手指對抓 取物體具有被動柔順和形狀自適應的特性，首先對三關節(jié)欠驅(qū)動手指機構進行靜 力學分析,提出合理的設計目標和約束條件;然后根據(jù)設計目標,采用遺傳算法得 到手指機構的各個關節(jié)連桿尺寸和抓取物體時的特殊構形,使得在抓取給定物體 時各關節(jié)指面的接觸力達到均勻分布,得到高效的力傳遞和更加緊湊的機構尺寸。 加 拿 大 MD ROBOTICS 公 司 和 Laval 大 學 合 作 研 制 出 SARAH 手 爪 (Self-AdaptingRobotic Auxiliary Hand) [5]如圖 1.3 所示,該手爪共有 10 個自 由度,只用兩個電機驅(qū)動,一個電機負責三個手指的開合;另一個負責調(diào)整手指方 向,使其能采取不同的抓取姿勢抓取物體。SARAH 手爪既可以用末關節(jié)指面捏取的 方式完成各種精確捏取,如圖 1.4 所示，又可以用欠驅(qū)動的方式完成包絡抓取，如 圖 1.5 所示。5 圖 1.3 欠驅(qū)動 10-DOF SARAH 手爪圖 1.4 欠驅(qū)動 10-DOF SARAH 手爪用末關節(jié)指面捏取6 圖 1.5 欠驅(qū)動 10-DOF SARAH 手爪用欠驅(qū)動的方式完成包絡抓取 在國內(nèi)，對靈巧手的研究是從 20 世紀 80 年代后期開始的，其中以北京航空航 天大學研制的 BH 系列為代表，從 1987 年以來，北航已先后研制出 BH 一 1、BH 一 2、BH 一 3 型多指靈巧手，該型手是一種仿 Stanford/JPL 手，三指九自由度，每 個手指由四個電機驅(qū)動，屬于 n+1 驅(qū)動方式。近幾年，北航開始研究 BH 一 4 型靈 巧手，該手為四指十六自由度，采用模塊化設計，分為手指、手掌和機械接口三 個模塊，改變手掌設計一可以獲得擬人或非擬人手，機械接口用于確定手與臂的 連接，改變機械接口可以使靈巧手適應不同的機械臂。傳動元件全部由齒輪副組 成，電機完全置于手指中。傳動路線短，結構簡單、緊湊。 但是由于國內(nèi)對機械手研究的滯后等原因，我國目前已經(jīng)制造出來的這些多指 靈巧手在結構方面都存在許多不完善的地方。因此，有必要對多指靈巧手結構進 行深入的分析，并引進合理的優(yōu)化設計方法，設計出結構更為合理的多指靈巧手， 為多指靈巧手的實用化和其他方面的研究提供最理想的結構。 1.4 關節(jié)運動的驅(qū)動方式 機器人關節(jié)運動的驅(qū)動方式有直接驅(qū)動方式和間接驅(qū)動方式兩種。 接驅(qū)動方式是驅(qū)動器的輸出軸和機器人的關節(jié)軸直接相連，間接驅(qū)動方式是把驅(qū)動器的力 通過減速器或鋼絲繩、皮帶、平行連桿等傳遞給關節(jié)。 直接驅(qū)動方式的驅(qū)動器和關節(jié)之間的機械系統(tǒng)較少， 而能夠減少摩擦等非線性因素的影響，控制性能比較好。然而，在另一方面為了直接驅(qū)動關節(jié)，驅(qū)動器 的輸出力矩必須很大，除此之外，對于本設計，要求手指結構要小巧的因素顯然 決定了不能采取這種驅(qū)動方式。間接驅(qū)動方式也正是大部分機器人所采取的驅(qū)動 方式，這種間接，驅(qū)動驅(qū)動器的輸出力矩一般遠遠小于驅(qū)動關節(jié)所需的力矩，因 此，通常使用減速器。對于手臂的懸臂梁結構，如果驅(qū)動器的安裝位置不當，將 會使手臂根部關節(jié)驅(qū)動器的負荷增大，對子手指結構同樣也存在這個問題。對此7 通常采用的間接驅(qū)動機構，常見的有以下幾種: 1.4.1 繩索滑輪驅(qū)傳動方式 繩索滑輪驅(qū)傳動方式是常用的靈巧手驅(qū)傳動方式。這種傳動方式是比較有利的, 它可以很方便地實現(xiàn)運動和動力的遠距離傳送,也能較好的滿足靈巧手結構上的 要求,并且質(zhì)量輕、 慣性負載低、 摩擦較小、 經(jīng)濟實用、 耐用性強,傳動結構 示意圖如圖 1.6 所示。末端桿有兩個電機,分別驅(qū)動末端桿的正轉與反轉,以實現(xiàn) 手指的夾持和松開。 圖 1.6 繩索滑輪驅(qū)傳動方式但此種傳動方式具有力和運動傳遞的剛性不足的固有特點,并由此引起各種缺 陷: (1) 繩索有張力,容易變形,會引起傳動的滯后現(xiàn)象,使用時間長了,繩索會變松 弛,將會帶來較大的運動傳遞誤差。 (2) 繩索在工作前還需要預緊,通常預緊力比較大,但又不能過大,張力過大可 能會使繩索拉斷,不利于大負載條件下的抓取工作。 (3) 雖然繩索與滑輪或套筒的摩擦可以比較小,但采用這種方式需要正確布置 繩索的走向,否則會產(chǎn)生很大的附加力和附加力矩。當產(chǎn)生這種附加力矩時,會使 運動出現(xiàn)耦合,增加控制的難度。這種摩擦具有嚴重的非線性和強耦合性,給控制 帶來了很大的困難。 （4）繩索只能受拉，不能受壓，所以實現(xiàn)回程將會很困難。控制力一旦超調(diào),消 除起來將是一件非常麻煩的事,但超調(diào)又是在實際中不可避免的。要想實現(xiàn)回程, 只有在每個關節(jié)處再加置一個電機,使兩個電機配合工作實現(xiàn)一個關節(jié)的正反轉, 這樣給手指的安裝和控制都會帶來不便。由上述分析可以看出,用繩索加滑輪這種 傳動方式并不理想,不能滿足靈巧手的設計要求。 1.4.2 鏈條、鋼帶 驅(qū)動鏈條、 帶這種方式同樣是把驅(qū)動器和關節(jié)分開安裝， 遠程驅(qū)動的手段之一，鏈條、鋼帶與鋼絲繩相比，剛性高，可以傳遞較大的輸出，但設計上的限制也很 大，在 SCARA 型的關節(jié)機器人中多采用了此法。 1.4.3 閉式鏈連桿 傳動機構的驅(qū)動方式8 對于像靈巧手指這類不是很遠距離的運動和動力傳送,連桿機構也是可行的方 法。手指機構的主體是開環(huán)串聯(lián)三連桿機構,在此開環(huán)機構上添加一些零自由度的 桿組,就可以構造出閉環(huán)連桿機構,通過這些桿組可以將手指根部的動力傳送到各 個關節(jié),如圖 1.7 圖 1.7 閉式鏈手指機構桿件 1、 件 2 和桿件 3 分別為根關節(jié)、 關節(jié)和末關節(jié),根關節(jié)固定于掌上。 2 中的桿件 1、4、6 被同軸驅(qū)動,電機直接驅(qū)動桿件 1、4 和 6 ,桿件 4 通過一個 四連桿機構帶動桿件 2 的運動。 件 6 通過另外一個平面四連桿機構驅(qū)動蓮花桿 8 , 然后再通過第 3 個四連桿機構驅(qū)動手指末關節(jié)桿 3。其中蓮花 8 的作用是在為了 改善兩個平面四邊形之間的傳遞性能,這樣就實現(xiàn)了手指 3 個關節(jié)的獨立驅(qū)動。考慮到一般四連桿機構傳動的運動在傳動過程中有較大變化,因此采用輸出等于輸 入的平行四邊形機構?？梢钥闯?桿件 3 分別由桿件 2 和桿件 9 領銜的兩條支鏈直 接并聯(lián)驅(qū)動,而這兩條支鏈又都串聯(lián)于桿件 1 上,所以手指末端的位形將由桿件 1 的位形以及桿件 1 上的兩個平行四邊形機構分別所引導的支鏈的位形共同確定。 以上的特征說明了這是一種混聯(lián)結構,同時具備并聯(lián)結構和串聯(lián)結構的優(yōu)勢,即繼 承了并聯(lián)結構的高速、 高剛度,又兼?zhèn)淞舜?lián)結構的高靈活性;就驅(qū)動方式來說是 并聯(lián)驅(qū)動,但對整個手指來說是串聯(lián)結構的,具有串聯(lián)結構的特點。 閉式鏈傳動機構的特點： 這種傳動結構在常規(guī)驅(qū)動方式下與傳統(tǒng)的繩索滑輪驅(qū)傳動方式相比,有以下一 些優(yōu)點: (1)運動副為低副,接觸面為面接觸,低副兩元素間便于潤滑,桿件幾何構形簡單, 便于加工制造。 (2)剛性傳遞,變形小,沒有滯后性,通過幾何約束定位,傳動可靠,工作安全。 (3)桿件并聯(lián)驅(qū)動可以承受較大載荷,機械損耗比較小,這是連桿驅(qū)動最突出的 優(yōu)點。 (4)桿件即可受拉也可受壓,一個電機就可實現(xiàn)關節(jié)的正反轉,回程方便,因此控 制力一旦超調(diào),消除起來很簡單。 (5)閉式鏈采用平行四邊形機構傳動,平行四邊形機構有著輸入等于輸出的特性, 因此手指的運動學和各種性能等同于開環(huán)平面 3 自由度連桿機構,因此運動學求 解和性能分析得以簡化。由以上的分析比較可知,所設計的新型并聯(lián)連桿機構傳動 方式比傳統(tǒng)的繩索滑輪傳動有較好的優(yōu)勢,特別是針對傳統(tǒng)傳動方式傳遞剛性不 足的固有缺陷,此種新型傳動方式具有一定的改善功效。當然,這種傳動方式將會 使靈巧手的結構變得復雜些,在結構的具體設計時需注意。 綜合上述驅(qū)動方式的分析和研究，本文中的機械手采用閉式鏈連桿傳動機構的 驅(qū)動方式驅(qū)動9 1.5 本文主要研究內(nèi)容 針對目前多指靈巧手研究中存在的問題，并考慮現(xiàn)有的研究條件，本文著重進 行以下研究工作: 1. 多指手結構設計的研究對多指手的結構型式進行綜合分析，選用合理的優(yōu)化 方法對靈巧手結構參數(shù)進行優(yōu)化，從仿人手的角度，以人手結構形式及比例參數(shù) 為依據(jù)，進行多指靈巧手的具體結構設計，使其有較好的機械特性，保證力傳遞 的精度。并用 Pro/e 軟件進行了多指靈巧手的三維造型。 2. 多指靈巧手的運動學和靜力學分析對所設計的三指靈巧手分析并建立了運 動學模型，得出正、反向運動學方程，并對抓持狀態(tài)下各手指的運動姿態(tài)進行了 仿真。通過靜力學研究計算出在靜平衡狀態(tài)下各關節(jié)的力矩，為深入研究機械手 的控制提供了理論依據(jù)。 3.進行機械手的裝配和仿真。 2 原理方案的設計 產(chǎn)品開發(fā)一般要經(jīng)過產(chǎn)品規(guī)劃、方案設計、技術設計、施工設計等幾個階段。 方案設計階段針對產(chǎn)品的主要功能提出原理的構思， 索解決問題的物理效應和工作原理，并用機構運動簡圖、液路圖、電路圖等表達構思的內(nèi)容。 方案設計對產(chǎn)品的結構、工藝、成本、性能和使用維護等都有很大的影響，是 關系產(chǎn)品水平和競爭能力的關鍵環(huán)節(jié)。所以，原理方案的創(chuàng)新設計有其舉足輕重 的義。 工程設計內(nèi)容錯綜復雜，如果孤立靜止地分析某方面的問題，得出的結論往往 是片面、局限的。系統(tǒng)工程方法是將事物當作一個整體系統(tǒng)來研究，分析系統(tǒng)10 明確任務 求總功能 抽象 黑箱法 總體方案分析 搜索 創(chuàng)新技法、設計目錄 求功能元 分解 功能樹 求功能元解 搜索 創(chuàng)新技法、設計目錄 系統(tǒng)原理解 組合 形態(tài)學矩陣 最佳原理方案 收斂 評價法 圖 2-1 原理方案設計步驟各組成部分之間的有機聯(lián)系和系統(tǒng)與外界環(huán)境的關系，是較全面的綜合研究方法。 在原理方案設計過程中往往利用系統(tǒng)工程的觀點、方法解決復雜的問題。 原理方案的設計是發(fā)散-收斂的過程。從功能分析入手，通過創(chuàng)新構思探求多 種方案，然后進行技術經(jīng)濟評價，經(jīng)優(yōu)化篩選，求得最佳原理方案。其步驟和各 階段應用的主要方法如圖 2-1 所示用系統(tǒng)工程方法設計進行產(chǎn)品的原理方案設計是緊緊圍繞功能的分析和求解 和組合實施的。 系統(tǒng)工程學用“黑箱法”研究分析問題。對于復雜的未知系統(tǒng)，猶如不透明不 知其內(nèi)部結構的“黑箱” 可以利用外部觀測，通過分析黑箱與周圍環(huán)境的聯(lián)系、 輸入和輸出，了解其功能、特性，從而進一步探求其內(nèi)部原理和結構。 2.1 明確設計任務 根據(jù)此次設計的設計任務書要求設計一個九自由度三指仿生機械手， 完成機械手對其他物體的抓取。具體要求如下： （1）九自由度三指仿真機械手的總體設計方案； （2）九自由度機械手指的結構設計與運動分析； 11 （3）九自由度三指仿真機械手的三維設計； （4）械手的裝配與仿真。 2.2 功能分析 由于現(xiàn)代機械中動力源主要有電動機、汽油機、柴油機、氣動馬達等，但由于 機械手的工作條件和各種動力源的特點決定了，在現(xiàn)代機械手中的動力源多以電 動機作為動力源。故在本設計中均以電動機作為動力源進行研究探索。 電動 物件 黑箱 總功能：機械手對不同形狀的物件實現(xiàn)靈活的抓取三指機械手 機械手對不同形狀 的物件實現(xiàn)抓取動 作 2.3 功能分析 仿生機械手和一般夾持工具實現(xiàn)對工件的抓取類似，但需要更高的靈活度，以 便于實現(xiàn)機械手對于不同形狀的工件實現(xiàn)更為靈活可靠的抓取。 2.4 功能分解 動力（步進電機） 對 不同 形狀 的工件 實現(xiàn) 靈活 的抓取 運動轉換 往復運動 往復擺動 手指運動 運動調(diào)節(jié) 2.5 原理方案 圖 2-2 為一種較好的三指機械手的原理方案， 采用步進電機的回轉運動—曲 柄滑塊—球面副—桿機構的組合。 12 圖 2-2 單指 2 自由度機械手結構簡圖 本設計是要求九自由度三指仿生機械手的結構設計，故對圖 2-2 進行修改變異后即可得到單指三自由度的機械手結構， 變異后的機械手在 pro/e 軟件建模如圖 2-3 所示。圖 2-3 各種位形下手指的仿真圖 變異后得到的機械手結構在 pro/e 中抓取圓柱工件和球形工件的仿真如下圖 2-4 所示：13 圖 2-4 抓取圓柱形和球形工件的三自由度手指三維模型 2.6. 具體工作原理 在 2.5 中已說明了機械手夾持部分的原理方案， 了進一步明確機械手的具體結構設計和布局，下面針對機械手的整體布局和驅(qū)動方式作具體分析，由上述 2.4 可知，機械手的動力源采用的是步進電機，但是步進電機的輸出是電動機轉軸的 回轉運動，但是經(jīng)分析，機械手執(zhí)行夾持的部分要求的是桿機構的直線運動，故 需將電機主軸的回轉運動轉換為機械手執(zhí)行部件的桿機構的直線運動。由機構學 可知，將一個回轉運動轉換為直線運動主要有以下幾種方案： （1）曲柄滑塊機構 曲柄滑塊機構中的運動副均為低副（故又稱為低副機構） 。其運動副元素為面 接觸，壓力較小，承載能力較大，潤滑好，磨損小，加工制造容易，且曲柄滑塊 機構中的低副是幾何封閉的，對保證工作的可靠性有利。 利用曲柄滑塊機構還可以很方便的達到改變運動的傳遞方向， 現(xiàn)增力和遠距離傳動的目的。 但是曲柄滑塊機構也存在一些特點， 要是電機轉軸的回轉運動需要通過中間構件曲柄和連桿的傳遞，故增加了傳動線路，易產(chǎn)生較大的累積誤差，并且使得 機械效率降低。 （2）齒輪齒條機構 齒輪齒條機構雖然在提高機械傳動效率方面比曲柄滑塊機構具有較大的優(yōu)勢， 但是齒輪的齒面作為一個較為復雜的型面，在加工和制造過程中較為困難，且加 工成本比曲柄滑塊機構高， 。 齒輪齒條傳動在傳動上還存在一個不可忽視的缺點， 輪齒條嚙合傳動時是屬于線接觸，故相對曲柄滑塊機構，齒輪齒條嚙合傳動時的接觸應力較大，齒面容 易磨損，最終會導致更大的傳動誤差。 （3）凸輪機構 凸輪機構作為將回轉運動轉換為其他運動形式的傳動機構， 工業(yè)應用中有其獨特的優(yōu)勢，其最大的優(yōu)點就是：只要適當?shù)卦O計出了凸輪的輪廓曲線，就可以 使得推桿得帶各種預期的運動規(guī)律，而且響應快，機構簡單緊湊。 但由于凸輪機構自身的結構形式，決定了其固有的缺點，在凸輪機構中，凸輪14 廓線和推桿間為點、線接觸，所以接觸應力大，容易磨損，而且凸輪的加工制造 較困難。 （4）螺旋機構 螺旋機構有螺桿、螺母和機架組成。一般 情況下，它是將旋轉運動轉換為直線運動。螺 旋機構的優(yōu)點是能獲得很大的減速比和力的增 益，還可以自鎖性。但是由于螺紋的機構形式， 螺旋機構的機械效率會比較低或者是效率提 高，磨損則增大，兩者不可兼得。 由上述分析，綜合傳動誤差，傳動效率和 經(jīng)濟成本的考慮，以下方案是采用曲柄滑塊機 構對機械手的執(zhí)行部分實現(xiàn)驅(qū)動，機械手單個 手指的的布局如示：則由圖 2-5 可知，機械手 的工作原理：在曲柄 1 的外部鏈接一個步進電 機，步進電機的旋轉運動通過曲柄滑塊機構將 運動傳至三角板 4，由于滑塊 3 將運動傳至構 件是由球面副實現(xiàn)的，所以構件 4 可實現(xiàn)在豎 直方向移動外，還可以實現(xiàn)三個方向的轉動。 圖 2-5 機械手單個手指的的布局圖 再由 4 構件各個頂點的上下移動帶動 5 構件運動，再由桿機構 6、7、8 的運動將 運動傳至指尖機構 8，對工件實現(xiàn)夾持。而構件 4 連接構件 5 的運動副為球面副，則可以實現(xiàn)對各種形狀的工件進行自適應夾持。 2.6 本章總結 至此，三自由度的手指方案已給定，本章主要運用了機械的功能設計法對九自 由度三指機械手進行了原理方案的設計，并基于 pro/e 進行了初步的建模仿真， 但是在機構的運動空間和機構的各部分尺寸方面的考慮并未涉及。 3 機械手手指的運動 分析機器人運動學描述了機器人關節(jié)與組成機器人的各剛體之間的運動關系。 章首先對手指機構進行自由度分析，以確定有幾個獨立參數(shù)需要驅(qū)動，然后對手指 機構進行位置正反解分析，速度分析，得到了雅克比矩陣。最后對機構的特殊位 形和零點進行了討論，得出了一些設計條件。 3.1 手指機構運動 學物體在工作空間內(nèi)的位置以及機器人手的位置， 是以某個確定的坐標系來描述的、而工作任務則是以某個中間坐標系(如賦于手指末端的坐標系)來規(guī)定的。 由笛卡兒坐標系來描述工作任務時，必須把上述這些規(guī)定變換為一系列能夠由手 指驅(qū)動的關節(jié)位置。確定手指位置和姿態(tài)的各關節(jié)位置的解答，即運動方程的求 解。要知道工作物體和工具的位置，就要指定手指逐點運動的速度。雅克比矩陣 是由某個笛卡兒坐標系規(guī)定的各單個關節(jié)速度對最后一個連桿速度的線性變換。 3.1.1 手指機構的 自由 度計算平面機構的自由度計算公式為15 F 3 2 pl p h 其中 ： n ——機構中活動構件的數(shù)目； l p h ——機構中高副的數(shù)目。 （3-1） 從圖 3-1 中可以看出此手指結構有 7 個活動構件，9 個轉動低副，沒有高副， 也不存在局部自由度和虛約束，自由度計算如下： F 3 2 pl p 3 ?7 2 ?9 1 0 3 3.1.2 位置正解 圖 3-1 手指的機構簡圖 具有閉式鏈結構的靈巧手，決定手末端位姿及速度和加速度性能的主要桿件間 的相對轉角中，有些是被間接驅(qū)動的，有些關節(jié)運動時，另一些關節(jié)會由于結構 上的原因產(chǎn)生附加運動。所以，在求解時，必須先分析運動特點，找出直接決定 末端位姿、速度和加速度性能的關節(jié)角，把它們分離出來，組成等價的開鏈機構， 然后進行求解[6]。一個 nDOF 的閉式鏈可有 nDOF 的開式鏈和一個 0DOF 的桿組構 成，自由度保持不變，閉式鏈的運動學特性及工作性能由開式鏈決定。對圖 3-1 所示的手指結構，可以將其等價為由桿 1、5、7 組成的開環(huán)平面三自由度連桿結 構，再作運動學分析。建立如圖 3-2 所示的坐標系，各關節(jié)輸入角為 ， 2 和 3 ， 各關節(jié)相對基坐標系 x 軸的轉角為 ， 2 和 ， 就是各電機輸入角， 如下關系：?利用幾何法可以得到手指末端的位置正解，手指末端點 P 的位置可以通過坐標16 p ——機構中低副的數(shù)目； 1 1 ?（3-2） 2 1 2 ?P ( x p , y p ) 來表示，姿態(tài)用 表示，經(jīng)過投影變換有如下關系： x py p l cos l cos( ) l cos( 2 3 ) l sin 1 l sin( 2 ) l 3 sin( 1 2 3 ) 2 3 （3-3） （3-4） （3-5） 圖 3-2 平面三自由度開環(huán)連桿機構坐標系 l 30 m l 2 28 m l 10 m 國內(nèi)外仿生機械手指的優(yōu)化設計，選定 ,根 據(jù)不同的 ， 2 和 3 可以得到手指的不同的位置，代入公式(3-3)(3-4)(3-5) 計算數(shù)據(jù)如下表 3.1： 表 3.1 仿生機械手指的位置正解實例 輸 入 輸 出 號 1 15 45 60 37.978 40.674 2 15 90 45 13.071 39.810 3 30 60 75 16.322 45.589 4 45 15 90 26.553 50.462 5 75 60 30 -21.694 51.365 ( °) 120 150 165 150 165 3.1.3 三自由度仿 生機械手指的位置反解分析通過末端點的位置， 出能實現(xiàn)這一末端位置的一組或者一系列關節(jié)輸入角的17 序 x (mm) y ( mm) p p 1 2 過程即為位置反解的過程，而位置反解的求解可以分別用代數(shù)的方法以及幾何的 方法。(a) 代數(shù)法：設末端點 P 的位置 P ( x p , y p , 3 ) ，圖 3-3 中 圖 3-3 位置反解代數(shù)法分析 arctan( y p / x p ), r x p y p 利用復數(shù)向量法列出矢量位移方程 l e l e l e re (3-6) （3-7） 當手指末端點 P 的位置 P ( x p , y p , 3 ) 確定后，上式有兩個未知數(shù) 1 和 2 ，故可以求解。移項，對等式兩邊同乘以各自的共軛復數(shù)，有 ( e )( e ) ( re l e l e ) ?( e l e l e ) (3-8) 將上式展開，合并同類項，有 ( r cos l cos ) cos ( sin l sin ) sin 2 2 A r cos l cos 其中令 B r sinl sin 2 A B C 均已知，化簡即為 2 2 可得 有兩個解：18 j j j j 2 2 j j j j 1 1 3 3 (3-9) 2 2 2 2 [ l l l 2 l cos( )] 1 C[r l l l 2rl cos( )]1 2 3 1 3 3 A cos B sin C (3-10) ? 2 2 2 ??B A C A C ? （3-11） 再利用式 5) 求解 ，即： ? l sin （3-12） ?l co s r co s l cos l cos 即得： 1 ?r sin l 2 sin l sin r cos l cos l cos ? （ 3-13） ? 2 2 3 3 ?相對于 也有兩個解 ，這個可以在幾何的方法中詳細解釋，如圖 3.2 所示兩 （b）幾何法：當手指末端點 P 的位置 確定后，如圖 3- 4 可以求 出點位置 ?19 B ??2 ???l sin r sin l sin 1 1 2 2 ?? ??' 種位形 I : A A A P I I : A A A P 可以滿足要求。 P ( x , y , ) x x l co s p 3 3 A (y ， 中 (3-14) y y l sin 圖 3-4 位置反解幾何法分析 如圖 3-4 所示，在 l , l 2 和 組成的三角形內(nèi)，應用余弦定理可以求出 2 ，其中 投影關系如下： x y l l 2 l cos( 80 2 ) (3-15) 由此可得 2 l 值得注意的是： (1)為了保證解的存在，目標點 A ( x y ) 應滿足 x y ?l l 2 的條件； (2)在滿足解的存在性的條件下，可能有兩個解（其中一由虛實線表示）： ( ? ?180 為了求出 ，首先計算角度 和其中 arctan( y / x (3-17) cos ( ??180 (3-18) 2l x y 由此得出 1 其中，當 2 0 時，取“+”號；當 2 0 時，取“- ”號。手指末端連桿的 3 3 1 2 3 從而確定 。 現(xiàn)選擇幾何法來驗證反解，具體過程如下： 1 2 3 中位置的數(shù)據(jù) x p 16.322 m ， y p 45.589 m ， 165 ，代入(3-14)式得 ?y 45.589 10 sin 165 43 00 繼續(xù)代入(3-16)得： 2 ?30 ?28 則 60 0 或者 2 60 0 0 用式(3-17) 、(3-18)，得到 arctan( 3 / 25 81 58 6 20 cos (3-16) 2 2 2 2 x y l l 2 2 2 2 2 2 ' 2 2 2 2 x y l l 2 2 ?(3-19) 方位角 由三個方位角之和決定： (3-20) 首先假定，根據(jù)設計要求還是令 l 30 m l 28 m l 10 m ，選取表 1 其 ?x 16.322 10 cos 165 25 81 ?2 2 2 2 25 81 43 30 28 cos 0. 00 2 2 2 2 co s 25 81 43 30 2 28 2 0. 76 2 ?30 ?28 8 6 25 81 43 當 60 0 時，代入式(3-19) 、(3-20) 1 60 當 0 0 0 的時，代入式(3-19) 、(3-20) 58 6 28 6 87 7 2 102 從結果分析，有一組解 30 ， 2 60 ， 3 75 即為正解分析中的位置， 1 2 3 說，兩組解在手指末端關節(jié)的關節(jié)角是相同的，因為這由公式(3-14)決定。而兩 組解的手指根段關節(jié)和手指中段關節(jié)的位置態(tài)，正好是關于經(jīng)過原點與 A ( y 的 直線對稱，這是由于公式(3-16)決定的，但實際情況是兩組解都可能實現(xiàn)，只是 第一組解比第二組解更容易到達，并且可以更好避免奇異位置的出現(xiàn)。 3.2 仿生機械手指的 速度 分析式(3-3)、式（3-4） 、式（3-5）對時間 t 求導，就得到手指末端 P 的速度 ?其中 s sin1 ， s 2 sin 2 ， s 23 sin 2 3 ， c cos 1 ，c 2 cos 2 ， c 23 cos 2 3 ； p p 3 1 2 3 將（3-21）式改寫成矩陣形式 V= J q& (3-22)21 58 8 6 28 6 30 而另一組解 87 2 ， 60 ， 102 為圖 3.3 中所示虛線的位置。也就是 & & & x s l s l s l s l s l s ? & & & y l c l c l c c l c l c (3-21) p 1 1 2 12 3 123 1 2 12 3 123 2 3 123 3 ?T T & & & & ? l s l s l s l s l s l s ?? 1 1 2 12 3 123 2 12 3 123 ?c l c l c c l c l c ?1 1 2 12 1 3 123 2 12 1 3 123 3 123 1 ?(3-23) J 就是手指機構的雅可比矩陣， 描述了機器人機構的操作空間速度和關節(jié)空 間速度的線性映射關系。在這里描述了手指末端 P 點的速度和各關節(jié)速度的映射 關系。由于線速度和加速度的不同量綱，將雅可比矩陣 J 分成子陣： ?J w ?將（3-22）式寫成： ? c l 2 c 2 l c 23 2 c 2 l c 23 l c 23 ?J 1 1 (3-26) J ?R ,速度反解為 q J & X (3-27) 當 J 滿秩時， J 為雅克比矩陣的逆矩陣，當不滿秩時， J =0，J 的逆矩陣不 存在，此時任何一組關節(jié)運動變量為奇異關節(jié)變量，機構處于奇異位姿，欲使手 末端沿某個笛卡兒方向以一定的速度運動，其某個關節(jié)所需的速度將變得非常大， 且接近極限不確定值，但由于關節(jié)實際運動速度不可能無限大，所以末端勢必偏 離所要求的運動或失去某個方向的運動而出現(xiàn)機構自由度瞬時減少的現(xiàn)象。 同位置分析一樣，若末端點 P 不考慮與物體的接觸姿態(tài)，則用來描述姿態(tài)的 輸出變量 可以任意，此時的速度雅克比將有所變化 ? c l 2 c 2 l c 23 2 c 2 l 3 c 23 l c 23 ?J ?R 不是方陣，于是不存在逆矩陣，用其偽逆 J 代替，有 q& J X J X (3-29) 由線性代數(shù)的知識可知式(3-29)的解不唯一，有無窮多組解，在進行速度規(guī)劃時應根據(jù)要求選 取適合的解。 3.3 仿生 機械手指的運動空間分析與仿真目前，隨著機器人技術研究領域的不斷擴展，機器人計算機仿真系統(tǒng)作為機器人設計和 研究的靈活方便的工具，發(fā)揮著重要的作用。本設計中的機械手作為一種仿人機械手，能完22 3 123 其中 J = ? ??J v ????s l s l s s l s l s 1 1 2 12 3 123 2 12 3 123 3 123 J (3-25) 3? s l s l s s l s l s 1 1 2 12 3 123 2 12 3 123 3 123 J = J (3-28) ??2? T T 成較復雜的抓取動作。在機械手應用于作業(yè)研究時，一個重要的因素就是機械手在運動過程 中能達到的空間位置，這對于作業(yè)和避障都有一定的實際意義，因此在機械手的設計和應用 研究階段都應對機械手的可達空間進行分析。本節(jié)探討通過代數(shù)方法來求解 3 自由度手指的 工作空間。首先根據(jù)設計要求， 30 m ， 28 m ， l 10 m 可以得出手指運動空間 肯定分別在 x ， y 方向都是在 (8 6 8 之內(nèi)。加上約束條件，約定 y 方向只在正方向，即在 ( , 8 范圍內(nèi)；由于機構中存在平行四邊形結構，所以約定 在 ( , 180 之間；而去除平行 四邊形的奇異位置， 就是說通過程序?qū)嵌鹊呐袛啵?平行四邊形兩個相鄰的桿件夾角為 0 或者 80 時去除，當然在編制程序的時候是在 1 的范圍內(nèi)把這兩個位置去除掉；再加上分析 公式(3-12) ，其中判斷反解存在的條件是 B A C 的非負性。通過以上這些約束條件，進 行 MATLAB 的程序仿真，仿真結果如圖 3.4。 y mm ) x( mm 圖 3.4 3 自由度手指工作空間分析圖 23 2 2 2 4 基于 Pro/e 的仿 生機械手的建模，裝配及仿真4.1 Pro/e 簡介 Proe 是美國 PTC 公司旗下的產(chǎn)品 Pro/Engineer 軟件的簡稱。P ro/E Pro/Engineer 操作軟件）是美國參數(shù)技術公司（Parametric Technology Corporation，簡稱 PTC） 的重要產(chǎn)品。是一款集 CAD/CAM/CAE 功能一體化的綜合性三維軟件，在目前的 三維造型軟件領域中占有著重要地位，并作為當今世界機械 CAD/CAE/CAM 領域 的新標準而得到業(yè)界的認可和推廣，是現(xiàn)今最成功 CAD/CAM 軟件之一。 經(jīng)過 20 多年不斷的創(chuàng)新和完善，pore 現(xiàn)在已經(jīng)是三維建模軟件領域的領 頭羊之一，它具有如下特點和優(yōu)勢： 參數(shù)化設計和特征功能 Pro/Engineer 是采用參數(shù)化設計的、基于特征 的實體模型化系統(tǒng)，工程設計人員采用具有智能特性的基于特征的功能去生 成模型，如腔、殼、倒角及圓角，您可以隨意勾畫草圖，輕易改變模型。這 一功能特性給工程設計者提供了在設計上從未有過的簡易和靈活。 單一數(shù)據(jù)庫 Pro/Engineer 是建立在統(tǒng)一基層上的數(shù)據(jù)庫上，不象一些 傳統(tǒng)的 CAD/CAM 系統(tǒng)建立在多個數(shù)據(jù)庫上。所謂單一數(shù)據(jù)庫，就是工程中的 資料全部來自一個庫，使得每一個獨立用戶在為一件產(chǎn)品造型而工作，不管 他是哪一個部門的。換言之，在整個設計過程的任何 一處發(fā)生改動，亦可 以前后反應在整個設計過程的相關環(huán)節(jié)上。 例如，一旦工程詳圖有改變，NC（數(shù)控）工具路徑也會自動更新；組裝 工程圖如有任何變動，也完全同樣反應在整個三維模型上。這種獨特的數(shù)據(jù) 結構與工程設計的完整的結合，使得一件產(chǎn)品的設計結合起來。這一優(yōu)點， 使得設計更優(yōu)化，成品質(zhì)量更高，產(chǎn)品能更好地推向市場，價格也更便宜。 全相關性：Pro/ENGINEER 的所有模塊都是全相關的。這就意味著在產(chǎn)品 開發(fā)過程中某一處進行的修改，能夠擴展到整個設計中，同時自動更新所有 的工程文檔，包括裝配體、設計圖紙，以及制造數(shù)據(jù)。全相關性鼓勵在開發(fā) 周期的任一點進行修改，卻沒有任何損失，并使并行工程成為可能，所以能 夠使開發(fā)后期的一些功能提前發(fā)揮其作用。24 基于特征的參數(shù)化造型：Pro/ENGINEER 使用用戶熟悉的特征作為產(chǎn)品幾 何模型的構造要素。這些特征是一些普通的機械對象，并且可以按預先設置 很容易的進行修改。例如：設計特征有弧、圓角、倒角等等，它們對工程人 員來說是很熟悉的，因而易于使用。 裝配、加工、制造以及其它學科都使用這些領域獨特的特征。通過給這 些特征設置參數(shù)（不但包括幾何尺寸，還包括非幾何屬性） ，然后修改參數(shù) 很容易的進行多次設計疊代，實現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)。 數(shù)據(jù)管理：加速投放市場，需要在較短的時間內(nèi)開發(fā)更多的產(chǎn)品。為了 實現(xiàn)這種效率，必須允許多個學科的工程師同時對同一產(chǎn)品進行開發(fā)。數(shù)據(jù) 管理模塊的開發(fā)研制，正是專門用于管理并行工程中同時進行的各項工作， 由于使用了 Pro/ENGINEER 獨特的全相關性功能，因而使之成為可能。 裝配管理：P ro/ENGINEER 的基本結構能夠使您利用一些直觀的命令， 如“嚙 合” 、 “插入” 、 “對齊”等很容易的把零件裝配起來，同時保持設計意圖。高 級的功能支持大型復雜裝配體的構造和管理，這些裝配體中零件的數(shù)量不受限制。 易于使用：菜單以直觀的方式聯(lián)級出現(xiàn)，提供了邏輯選項和預先選取的最普通 選項，同時還提供了簡短的菜單描述和完整的在線幫助，這種形式使得容易學習 和使用。 4. 2 仿 生 機 械手 各 部 分 的 建 模由于此次設計的機械手采用連桿驅(qū)動方式，所以對于機械手的各部分建模 并不存在難點，只需按照所給定的尺寸進行三維模型的建立即可。 4. 3 機 械 手 的裝 配 與 仿 真由于 Pro/e 自身的特點，若在組件裝配是沒有考慮后續(xù)的仿真過程的需 要，只是機械的把各個組件生硬的裝配在一起，那么后續(xù)的仿真過程基本上 是沒有辦法完成的。下面就開始具體說明機械手的裝配及仿真過程； 4. 3.1 機械 手 的 裝 配由于此次設計的機械手的三個手指均具有三個自由度， 以三個手指可以采用相同的結構，從而機械手的三個手指具有三個相同的結構，只是將三個 手指安裝在機械手手掌上的結構也是相同的，只是具體位置有差異而已，所 以在進行裝配的時候就可以采用部裝，然后總裝的方式進行。從而將機械手 的整個裝配分為三部分； 1. 機械手手掌的裝配 首先打開 Pro/e 軟件，點擊新建圖標 創(chuàng)建一個新的裝配文 shouzhang.asm，如圖 4-1 所示25 圖 4-1 Pro/e 裝配的新建界面 點擊確定，然后選擇 mmns_part_solid 進入 Pro/e 的裝配界面，如圖 4-2 所 示 ： 圖 4-2 Pro/e 裝配體的初始界面 接下來可以進行手掌的裝配，在添加組件的時候有兩種選擇，一是可以選擇 Pro/e 的工具欄中的“插入”選項再選擇“元件”菜單的下拉菜單中的“裝26 配