二、课题研究背景及意义
抓取稳定性、可靠性低；

对抓取物体形状自适应性差；
质量重，不能实现微小的位姿调整。
二、课题研究背景及意义
目前，社会对企业生产的产品的技术水平要求越来越 高，生产的产品品种形状成千上万，人们迫切从有毒、有害、 高温或危险的工作环境中解放出来愿望等原因, 随着科技水 平的提高以及经济的发展,机械手的应用领域还在不断的扩 大,概念也在不断地拓展,不再局限于搬运、焊接以及大批量 作业的机械手,而是机械手不仅可以替代人手完成一些简单 的操作,还能进行更加复杂的随形抓取和操作。随着机械手 研究的深入和各方面需求的巨大增长, 研制一款结构简单， 稳定、可靠、重量轻、对抓取物体形状具有自适应性的随 形抓取机械手具有重要的实际意义。
五、论文进展安排
2015.07-2015.11 2015.12-2016.02 2016.03-2015.06 2016.07-2016.09
查阅文献及资料，确定研究方案，明确研究 方向，列出论文提纲 对传统的机器人抓取机构、驱动传动技术进
行分析和比较。
学习三维，模拟软件，进行详解的手指结构、
驱动传动结构方案设计。
机器人是新兴的跨学科综合性高新产品，涉及机械、电 子、计算机 、控制理论 、仿生学 、人工智能 、传感器技 术等学科领域和交叉学科 。作为机器人一个重要组成部分的 机械手是一个高度集成化,智能化的小型机构,其设计与研究 也涉及机械、计算机、自动化、电子、材料等多门学科,它作 为末端执行器,在一定程度上也体现了承载机器人的工作能力。 通常，工业自动化中使用的机械手，都是简单的夹持器， 只能实现简单的开合动作，应用具有很大局限性。出现这种 情况的主要原因有：
三、国内外研究现状及存在的问题
通过国内外现状对比可知抓取机械手存在问题有: 对抓取物体形状适应性差； 控制结构复杂，重量体积过大； 制造成本昂贵。
四、论文拟研究内容
1）随形抓取机械手总体设计 2）随形抓取机械手的运动学与静力学分析
3）随形抓取机械手抓取运动规划与控制系统设计
4）随形抓取机械手三维实体建模与仿真验证
研究实验，用三维软件对所设计抓取机构、 驱动传动系统做出运动仿真和静力学仿真分 析，验证其合理性，分析数据并做出优化。
2016.10-2016.12 2017.01-2017.04
撰写毕业论文 论文修正与格式检查
六、参考文献
[1]蔡自兴.机器人学.北京:清华大学出版社,2000,9. [2]R.Tomovic.G.Boni.An adaptive artificial hand[A].IRE Transactions on Automatic on Automatic Control[C].1962,p:3-10 [3]T.Tomovic. Computer control of multi-jointed finger system for precise object-handing [A].IEEE Transactions on Systems. Man and Cybemetics[C]. 1982.p: 289-299. [4]刘伊威.赵京东.机器人灵巧手的研 与发展[J].2009,(9):148-152 [5]Butterfass J,Grebenstein M,Liu H,et al.DLR Hand II:Hard and Software Architecture for Information Processing [J]. In Proceedings of the 2003 IEEE International Conference on Robotics & Automation, Taipei, Taiwan,2003,1(1): 684-689. [6] Clement M. Gosselin. Adaptive robotic mechanical systems: A design paradigm[J]. Journal of Mechanical Design, 2006, 128: 192. [7] Birglen L, Gosselin C M. Geometric design of three-phalanx underactuated fingers[J]. Journal of Mechanical Design, 2006, 128: 356. [8] X H Gao, M H Jin,L Jiang,et al. The HIT/DLR Dexterous Gripper: Work in Progress[J]. IEEE International Conference on Robotics and Automation,2003,9:3164-3168. [9]刘伊威,金明河,樊绍巍.五指仿人机器人灵巧手DLR/HIT Hand II[J],机械工程学报,2009,(5):10-17. [10]王洪瑞,吕应权,宋维公.BH-1灵巧手运动学和动力学建模研究[J].系统仿真学报,1997,9(3):44-50. [11] 杨洋,陆震,张启先.多指灵巧手考虑渐近稳定性的最优抓持规划[J].航空学报,1996, 17(3): 324-329. [12] 王国庆,李大寨.新型三指灵巧机械手的研究[J]. 机械工程学报, 1997,33(3): 71-75. [13]俞昌东,姜力,黄海.残疾人假手的仿人和欠驱动机构研宄[J].机械设计,2007,24(9):44-46 [14] 王嘉研.欠驱动机械手的设计与实验研究[D].东北大学,2009.
2）随形抓取机械手的运动学与静力学分析
基于D-H方法，建立机械手运动学的几何模型及坐标系，利 用坐标变换矩阵建立起各个坐标系之间的变换关系，推导 出随形抓取机械手手指末端的位置矩阵 ;
四、论文拟研究内容
建立随形抓取机械手的抓取力学模型，分析影响作业对象 与工具作用力学的相关因素，揭示机械手的构型参数、对 象特征参数等对于作业过程中机械手抓取力影响的规律 ； 最后对随形抓取机械手手指进行动力学建模与分析，为机 械手的控制打下基础 。
三、国内外研究现状及存在的问题
国外现状：
德国宇航中心的最新研究成果：该款灵巧手在功 能和外形上都与人手十分相像，其手指的每个关节 分别由一个袖珍电机驱动，可以彼此独立工作。
三、国内外研究现状及存在的问题
英国Shadow机器人公司开发的机械手基本能像人手一样运 动，并具备人手大部分的抓取功能。另外该机械手的动力 源采用气压驱动的方式，反应灵敏迅速。
三、国内外研究现状及存在的问题
北京航空航天大学机器人所也先后研发了BH系列 多指机械手。BH-3是基于斯坦福机械手的原理研发的 一款灵机械手手，该款机械手实际上是靠各指节之间 的耦合运动来实现对物体的自适应性，当手指末端的 位置确定以后，整个灵巧手的形态也就随之确定，操 作的适应性性有限。进一步研发BH-4 灵机械手，手 掌决定了四根手指在手掌上的布局，通过设计不同的 手掌结构，整个灵巧手可以呈现拟人状和非拟人状， 而手指只能实现自适应包络 。
3）随形抓取机械手抓取运动规划与控制系统设计
随形抓取机械手最基本的两个功能就是抓取和操作，要机 械手完成某一特定的操作任务，就必须对机械手进行抓取 规划；要实现抓取和操作的运动必须依靠控制系统。
四、论文拟研究内容
4）随形抓取机械手三维实体建模与仿真验证
运用软件对随形抓取机 械手抓取不同形状的物体 进行仿真分析，验证机械 手抓取的操作性能 ； 通过对机械手抓取不规 则形状物体的联合仿真， 验证机械手对不规则形状 物体抓取的适应性，进一 步验证随形抓取智能机械 手设计的合理性与正确性。
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参考文献
[15]卜夺夺.仿人机器人欠驱动灵巧手研究[D].杭州电子科技大学,2012. [16]卜夺夺,周建军,马天文 .腱传动仿人手指机构的设计与分析 [J].机电工程，2012,03:286-289. [17] 王光宇.五指仿人灵巧手的机构设计[J].才智,2013,15:207-208. [18] 张文增 , 马献德 , 黄源文 , 邱敏 , 陈强 . 末端强力抓取的欠驱动拟人机器人手 [J]. 清华大学学报 ( 自然科 版),2009,02:194-197. [19] 张文增 , 陈强 , 孙振国 , 徐济民 , 赵冬斌 . 变抓取力的欠驱动拟人机器人手 [J]. 清华大学学报 ( 自然科学 版),2003,08:1143-1147. [20] Lionel Birglen and Clé ment M. Gosselin.Force Analysis of Connected DifferentialMechanisms:Application to Grasping[J].The International Journal of Robotics Research,2006(25):1033 [21] 黄海.新型仿人假手及其动态控制的研究[D].哈尔滨工业大学,2008. [22] 孙桓，陈作模，葛文杰．机械原理[M]．7版．北京：高等教育出版社，2007． [23]王洪瑞,吕应权,宋维公.BH一1灵巧手运动学和动力学建模研究.系统仿真学报,1997(9):44一49 [24]管贻生,张启先,李泽湘.多指手操作:运动学算法和实验.机器人,1998(5):321一331 [25]诸静.机器人与控制技术.第一版.浙江:浙江大学出版社,1991:170一201 [26]熊有伦.机器人技术基础.华中理工大学出版社,1996:17一35,55,61 [27]张永德,机器人多指灵巧手的结构优化设计及抓取机理的研究.哈尔滨工业大学博士论文,1999:13一 20,30一35 [28]林良明.仿生机械学.上海交通大学出版社,1991:4 [29]邹慧君,傅祥志,张春林,李祀仪.机械原理.高等教育出版社,1999:14一15
图 ：
三、国内外研究现状及存在的问题
国内现状：
HIT/DLR 四指机械手是由哈尔滨工业大学机器人所和德国宇航中心 共同研制的仿人多指机械手，由四根手指组成，食指、中指和无名指均 具有三个自由度，拇指除了具备三个弯曲自由度以外，还有一个类似人 手拇指侧向摆动的自由度，共13个自由度。该机械手操作非常灵活，能 像人手一样抓取不同形状和尺寸的物体，同时在复杂程序的控制下，还 可以弹奏钢琴。但由于该款灵巧手的驱动控制系统全内置在灵巧手内部， 所以该灵巧手的尺寸无法进一步缩小，并且由于该灵巧手高度的操作灵 活性，其手指表面布满了各种类型的传感器，共计有1600多个，除此之 外，还有 600 多个机械零部件，结构比较复杂。