水下欠驱动机械手爪研究与设计
文献类型：学位论文
| 作者 | 郭一典1,2 |
| 答辩日期 | 2020-05-26 |
| 授予单位 | 中国科学院沈阳自动化研究所 |
| 授予地点 | 沈阳 |
| 导师 | 孙斌 |
| 关键词 | 水下机械臂 水下欠驱动机械手爪 差速传动 自适应包络 |
| 学位名称 | 专业学位硕士 |
| 学位专业 | 机械工程 |
| 其他题名 | Research and design of an underwater under-actuated manipulator gripper |
| 英文摘要 | 海底资源的探索、发掘与开采都离不开水下机器人，适用于各种水下场景的机器人随之出现，机械臂是水下机器人最具代表性的作业工具。目前大多数水下机械臂都配备了夹钳式单自由度手爪用于夹持和抓取目标。单自由度手爪结构简单、控制容易，对于大负载作业十分有效，但存在以下不足：对抓取目标形状大小没有自适应性，无法包络抓取目标，难以满足水下灵活作业的要求。特殊的欠驱动多自由度机械手爪不仅可以满足作业对灵活度的需求，还可以简化机械手爪的结构和控制策略，降低成本等。本文围绕水下欠驱动机械手爪，主要研究内容包括：1）设计了一款水下欠驱动机械手爪，完成了传动机构、驱动器、欠驱动手指及机械手爪整机结构设计。手爪通过差速器实现单自由度输入和三自由度输出，研究了差速器的结构和手指弯曲传动机构；研究了基于扭簧自复位的手指自适应旋转机构；研究了手爪驱动器的密封和压力补偿机构；分析了对抓取目标形状具有自适应性的欠驱动三关节手指驱动机理，采用连杆传动和拉伸弹簧约束以实现预期的手指闭合顺序。2）在结构设计基础上，研究分析了水下欠驱动机械手爪的参数优化设计，围绕欠驱动手爪负载能力和期望指尖力等输入，研究了差速器、连杆长度等参数的实现；使用软件对水下欠驱动手爪的三维模型进行综合分析，对其相关的零部件进行强度校核，确保机械手爪工作时的可靠性和负载能力。3）通过D-H方法对手指进行了正运动学分析；建立了三指节手指的静力学模型，基于虚功原理，分析求解了各指节接触力，为手爪的负载能力评估奠定基础；基于水下环境，运用了牛顿-欧拉方法，建立了手指的动力学方程，为机械手爪综合性能仿真分析奠定理论基础。4） 使用ADAMS仿真软件分别对手指和手爪整机抓取目标物进行仿真实验，首先对手指弹簧参数设计进行仿真实验，选取了合适的弹簧参数；对单手指抓取目标物进行了仿真实验，验证手指运动顺序等符合预期设计目标；对手爪抓取不同形状大小目标物进行了仿真实验，证明机械手爪包络抓取和适应不同形状大小的物体的可行性；通过3D打印技术制作了手爪原理样机，进行了欠驱动手爪部分功能性实验验证。 |
| 语种 | 中文 |
| 产权排序 | 1 |
| 页码 | 77页 |
| 源URL | [http://ir.sia.cn/handle/173321/27153]  |
| 专题 | 沈阳自动化研究所_水下机器人研究室 |
| 作者单位 | 1.中国科学院大学 2.中国科学院沈阳自动化研究所; |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 郭一典. 水下欠驱动机械手爪研究与设计[D]. 沈阳. 中国科学院沈阳自动化研究所. 2020. |
入库方式： OAI收割
来源：沈阳自动化研究所
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