開題、綜述翻譯格式及范本報(bào)告

1、字體：Times New Roman四號大小，加黑欠驅(qū)動多指手設(shè)計(jì)與仿真畢業(yè)設(shè)計(jì)題目(機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化05(1)班宋體051212X班級學(xué)號1選題的背景與意義四號大小，加黑機(jī)器人多指靈巧手是仿人形機(jī)器人的個(gè)重要組成部分,用來代替人手完成某些字體：Times New Roman小四號，加黑環(huán)境下的工作,或是在人手不可及的工作場合工作,如航空、航天、各國已有或并在研制各種用途的多指靈巧機(jī)械手。宋體小四號，加黑國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢機(jī)械手定義人類在面對對健康有害的各種射線、高溫和低壓、高壓和低壓，進(jìn)行深水考宋體小四號察 以及操作性必須利用各種遠(yuǎn)距離操作設(shè)備。遠(yuǎn)距離字體：Times New R

2、oman小四號設(shè)過適當(dāng)?shù)纳锇巡僮髋c作為這種的有各種防護(hù)屏、箱、熱室和其它箱室的壁，有時(shí)亦可采用加大距離的辦法。 機(jī)械手就是這樣一種遠(yuǎn)距離操作設(shè)備1。機(jī)械手是由操作或程序裝置遠(yuǎn)距離的一種裝置。它包括供模仿人手的移動和關(guān)節(jié)動作功能用的操作機(jī)構(gòu)。機(jī)械手通常是由安裝在區(qū)內(nèi)的從動臂、安裝在區(qū)外的主動臂和穿墻（防護(hù)屏）的連接臂組成。機(jī)械手一般都有可遠(yuǎn)距離可更換的操作機(jī)構(gòu)，這些機(jī)構(gòu)都可做成仿手指動作的夾鉗或各種工具。多指靈巧手又稱多指多關(guān)節(jié)機(jī)械手,是一種并聯(lián)加串聯(lián)形式的機(jī)器人,一般由手掌和 35 個(gè)手指組成,每個(gè)手指有 34 個(gè)關(guān)節(jié)2。目前機(jī)器人末端夾持器主要分為兩大類:一類是多用途手爪,其中以多指靈巧手

3、居多;另一類是滿足特定任務(wù)的夾持器。多指靈巧手形狀適應(yīng)能力強(qiáng),但是采用了大量的串聯(lián)關(guān)節(jié)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)復(fù)雜、控制、負(fù)載能力差、可靠性缺點(diǎn)。而夾持器雖然結(jié)構(gòu)簡單、控制方便、負(fù)載能力強(qiáng)、可靠性高,但是僅對少量特定形狀的物體適用。欠驅(qū)動手爪是一種新型的多用途手爪。這種類型爪的特點(diǎn)是驅(qū)動元件數(shù)少于手指關(guān)節(jié)的度數(shù)。每個(gè)手指只有一個(gè)驅(qū)動源,整個(gè)手爪的驅(qū)動元件(電機(jī)) 的數(shù)量少,降低了結(jié)構(gòu)和操作的復(fù)雜性,具有控制方便,抓取范圍廣泛等優(yōu)點(diǎn)。既能以欠驅(qū)動方式實(shí)現(xiàn)強(qiáng)力包絡(luò)抓取,也可以用末關(guān)節(jié)捏取方式實(shí)現(xiàn)精確抓取3。1.1.2 機(jī)械手的分類目前，機(jī)械手尚無通用的分類方法。它們可按不同的特點(diǎn)分，例如，根據(jù)從動臂對于主動臂動作

4、的模仿程度，主動臂上力的再現(xiàn)，用途，從動臂與主動臂的連接形式，操作方法，外形等分類。實(shí)踐中所采用的機(jī)械手可分為四類：1）劍式機(jī)械手；2）機(jī)械傳動和密封磁力機(jī)械手；4）特殊機(jī)械手1。械傳械手；3）電械傳動、和氣第一類機(jī)械手一般不能完全模仿操作關(guān)節(jié)的動作。但是，由于其結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格便宜，因而獲得廣泛應(yīng)用，是通用的機(jī)械手。第二類機(jī)械手能完全模仿操作關(guān)節(jié)的動作（有七個(gè)和七個(gè)以上的動作）。它比第一類機(jī)械手較為復(fù)雜。由于其操作方便、價(jià)格不太高，所以也得了廣泛應(yīng)用。磁力機(jī)械傳械手比機(jī)械傳械手略微復(fù)雜，而且昂貴，但能保證箱室的完全密封。第三類機(jī)械手比第二類機(jī)械手更加復(fù)雜而且昂貴。這類機(jī)械手的某些類型得了廣泛應(yīng)

5、用，尤其是用于操作間與箱室之間要求高度密封，進(jìn)行遠(yuǎn)距離操作和主動臂作用于從動臂的力按比例反射操作的地方。這一類的非模擬機(jī)械手有杠桿或控制裝置和普通（非隨動的）電傳動裝置，簡化了結(jié)構(gòu)，降低了價(jià)格。第四類機(jī)械手裝有控制裝置，這類機(jī)械手的抓舉能力很大，可用于完成預(yù)先給定的工序。1.1.3 多指手研究趨勢世界機(jī)器人技術(shù)作為高技術(shù)的一個(gè)重要分支普遍受到了各國的重視，在工業(yè)生產(chǎn)、太空和海洋探索、國防建設(shè)以及人民生活等許多領(lǐng)域得到了巨大的發(fā)展和越來越廣泛的應(yīng)用。機(jī)器人作業(yè)環(huán)境和執(zhí)行任務(wù)的精細(xì)及復(fù)雜化程度也變得越來越高，普通機(jī)器人以及與其配合的末端夾持裝置已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足航天作業(yè)、深海作業(yè)、核工業(yè)技術(shù)以及其它柔

6、性生產(chǎn)線上各種靈巧和精細(xì)操作任務(wù)的要求，人們期待著能夠?qū)⒁环N通用的、智能化的、能適應(yīng)各種復(fù)雜工作需要的末端操作裝置與機(jī)器人組裝起來，協(xié)調(diào)完成各種復(fù)雜和精巧的工作任務(wù)。欠驅(qū)械手能夠完成直指或曲指的抓取操作任務(wù)，它的結(jié)構(gòu)比現(xiàn)有的機(jī)械手更加簡單緊湊，更能減少控制的復(fù)雜性，且具有重量輕、成本諸多優(yōu)點(diǎn)。這種欠驅(qū)械手抓取物體的適應(yīng)性、穩(wěn)定性、抓取力都優(yōu)于常規(guī)手的抓取。機(jī)械手采用電機(jī)控制手指抓力和手指轉(zhuǎn)角位置，從而達(dá)到機(jī)械手的柔性操作過程，實(shí)行多功能地抓取不同物體的能力10。在這種背景下，欠驅(qū)動手指的研究已成為機(jī)器人研究領(lǐng)域的熱門研究方向之一4。1.2 多指手研究意義多指靈巧手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和研究是機(jī)器人方面研

7、究的基礎(chǔ)。因此，對具結(jié)構(gòu)的多指靈巧手進(jìn)行抓取機(jī)理、操作理論、運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)、控制理論、信息集成等方面的研究是最有效也是最有意義的。研究的基本內(nèi)容與擬解決的主要問題基本內(nèi)容本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中主要完成的內(nèi)容包括：1）簡單的三指三關(guān)節(jié)的欠驅(qū)動三指手的機(jī)構(gòu)原理分析與設(shè)計(jì)分析單指三關(guān)節(jié)欠驅(qū)動手的工作原理，三指欠驅(qū)械手的抓取特征和工作原理，欠驅(qū)動手的模型建立及運(yùn)動分析，進(jìn)行原理性欠驅(qū)動多指手的方案設(shè)計(jì)。2）三指三關(guān)節(jié)的欠驅(qū)動三指手的三維CAD建模、裝配欠驅(qū)動多指手各關(guān)節(jié)部分的具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，利用Pro/Engineer建立三維模型，進(jìn)行裝配分析，進(jìn)一步改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。3）三指三關(guān)節(jié)的欠驅(qū)動三指手初步的運(yùn)動學(xué)仿真通

8、過建立的三維模型，進(jìn)行運(yùn)動分析，仿真抓取實(shí)驗(yàn)，對尺寸結(jié)構(gòu)等參數(shù)進(jìn)行調(diào)整設(shè)計(jì)。2.2 擬解決的主要問題通過設(shè)計(jì)使靈巧手在實(shí)現(xiàn)一定功能和擬人性的前提下,盡可能簡化和安排人手的度, 以此來減輕控制的難度。減小手的體積、質(zhì)量和功耗。因?yàn)檫^大的體積將影響外觀, 過重部和過大的功耗將加重和腿部的負(fù)擔(dān), 加重電源負(fù)擔(dān)。手部自由度數(shù)目、驅(qū)動類型、傳動方式、關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)、所用材料以及運(yùn)動特性等對手的體積、質(zhì)量和功耗均有較大影響。擬人機(jī)器人手的主要功能是抓取和移動物體。根據(jù)物體質(zhì)量和表面性質(zhì), 手在抓取時(shí)應(yīng)該采用不同抓取力, 即手的抓取力應(yīng)具有一定的可控性。盡可能增加擬人性, 同時(shí)減輕實(shí)時(shí)控制難度及減小體積、重量。3

9、研究思路方案、可行性分析及預(yù)期成果本設(shè)計(jì)擬采用理論分析與三維建模與仿真實(shí)驗(yàn)的方法，人的基礎(chǔ)上，通過三維Pro/E環(huán)境完成三指三關(guān)節(jié)的欠驅(qū)動三指手的設(shè)計(jì)仿真，并對其進(jìn)行初步的運(yùn)動學(xué)分析。3.1 研究思路方案具體思路方案包含以下三個(gè)方面：3.1.1 目前已有的欠驅(qū)動多指構(gòu)原理分析目前國內(nèi)外多指靈巧手從機(jī)構(gòu)形式上看大都是多指多關(guān)節(jié)手, 并且最普遍的是其手指數(shù)目為35 個(gè), 而且各手指的關(guān)節(jié)數(shù)目也多為3 個(gè)轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié),度為35度, 手指關(guān)節(jié)的運(yùn)動副都是采用轉(zhuǎn)動副5。具體型式如下所述。個(gè), 具有冗余從手指關(guān)節(jié)運(yùn)動副的型式上看，多指靈巧手指機(jī)構(gòu)各關(guān)節(jié)通過運(yùn)動副彼此相連。常見的多指靈巧手關(guān)節(jié)運(yùn)動副有轉(zhuǎn)動副、移

10、動副、螺旋副、圓柱副和球面副。由于多指靈巧手各關(guān)節(jié)處的運(yùn)動都要借助于各個(gè)驅(qū)動器來實(shí)現(xiàn)。通常多于一個(gè)度的運(yùn)動副,如圓柱副和球面副等驅(qū)動起來很不方便,在現(xiàn)實(shí)中如果必須使用這樣的運(yùn)動副,通常也采取將其化成幾個(gè)只有一個(gè)度的運(yùn)動副的運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)。所以在種6。多指靈巧手中所采用的運(yùn)動副類型,只有轉(zhuǎn)動副、移動副和螺旋副3從手指數(shù)目和手掌上看，多指靈巧手指數(shù)目一般取35 個(gè)。人手有5 個(gè)手指,抓取姿態(tài)千變?nèi)f化,具有很強(qiáng)的適應(yīng)性。最直接的設(shè)計(jì)方法是按照人手的式樣,設(shè)計(jì)一個(gè)手掌5個(gè)三關(guān)節(jié)指,已有Belgrade/ usc 手被設(shè)計(jì)出來,但它有5個(gè)手指共15 個(gè)關(guān)節(jié),控制方式仍采用傳統(tǒng)控制策略,15 個(gè)手指關(guān)節(jié)要15

11、 個(gè)獨(dú)立控制系統(tǒng),如果加上傳感器,規(guī)劃過程和控制過程將非常復(fù)雜,很難保證實(shí)時(shí)性。因此,通過分析機(jī)器人手的抓取功能,在基本不影響抓取功能的前提下,簡化手爪6。從手指的結(jié)構(gòu)型式上看，根據(jù)現(xiàn)有靈巧手的情況,一般采用3 個(gè)或者4 個(gè)運(yùn)動副。若手指的運(yùn)動副數(shù)目為3 個(gè),單從手指來說,因?yàn)椴淮嬖谌哂嚓P(guān)節(jié),也就不存在抓取和操作物體的靈巧性。若手指的運(yùn)動副數(shù)目為5 個(gè)或更難,所以不可取6。,則結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜,控制也從各關(guān)節(jié)運(yùn)動的驅(qū)動方式及傳動方式上看，驅(qū)動系統(tǒng)是機(jī)器人靈巧手的重要組成部分,對系統(tǒng)的性能和操作能力具有決定性的作用。驅(qū)動器是驅(qū)動系統(tǒng)的,用以產(chǎn)生運(yùn)動和力;傳動系統(tǒng)將運(yùn)動和力從驅(qū)動器傳遞到靈巧手手指的關(guān)

12、節(jié)。到目前為止,多指靈巧手絕大多數(shù)采用了電驅(qū)動,部分采用了電液驅(qū)動、氣壓驅(qū)動和形狀合金等驅(qū)動方式。少數(shù)的靈巧手采用了一些新型的驅(qū)動技術(shù),如壓電陶瓷驅(qū)動,可伸縮性聚合體驅(qū)動等。驅(qū)動形式基本上都是通過旋驅(qū)動器或直線型驅(qū)動器帶動腱傳動系統(tǒng)進(jìn)行手指關(guān)節(jié)的遠(yuǎn)距離驅(qū)動6。從各關(guān)節(jié)的截面結(jié)構(gòu)型式上看，關(guān)節(jié)的截面可以采用圓形、方形、橢圓形及復(fù)合形狀,一般都是空心結(jié)構(gòu),可以安裝滑輪、拉線、彈簧等等。截面為橢圓形指制造略難。圓形截面各關(guān)節(jié)之間的連接不太方便。為了便于關(guān)節(jié)之間的連接,和便于制造, 多指靈巧手通常采用方形截面,而且這種形式比較接近人手與物體的接觸形式6。從傳感器的選用及布置上看，多指手的控制和傳感器技

13、術(shù)是多指手研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。多指手有比較復(fù)雜的傳感器系統(tǒng),主要有力、位置、接近覺、觸覺和視覺等傳感器。利用這些傳感器的信息不僅可以控制多指手的運(yùn)動、抓取力、進(jìn)行避碰規(guī)劃,而且可以融合這些信息獲得對物體和環(huán)境的完整正確的描述,提高機(jī)器人的能力6-8。3.1.2 基于Pro/ E設(shè)計(jì)的三維CAD設(shè)計(jì)目前,隨著計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的不斷發(fā)展,三維造型功能不斷完善,傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)正逐漸被三維實(shí)體設(shè)計(jì)所代替。Pro /Engineer是PTC公司于1988年開發(fā)的參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng),是一套由設(shè)計(jì)至生產(chǎn)的機(jī)械自動化的三維實(shí)體模型(3DS)設(shè)計(jì),它不僅具有CAD 的強(qiáng)大功能,同時(shí)還具有CAE 和CAM 的功能,廣泛應(yīng)

14、用于工業(yè)設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)、機(jī)構(gòu)分析、有限元分析、加工制造及關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理等領(lǐng)域。而且能同時(shí)支持針對同一產(chǎn)品進(jìn)行同步設(shè)計(jì),具有單一數(shù)據(jù)庫、全相關(guān)性、以特征為基礎(chǔ)的參數(shù)式模型和尺寸參數(shù)化等優(yōu)點(diǎn)。采用三維CAD 設(shè)計(jì)的產(chǎn)品,是和實(shí)物完全相同的數(shù)字產(chǎn)品,零之間的一目了然,Pro/Engineer9。能計(jì)算零之間的和體積,把錯(cuò)誤消滅在設(shè)計(jì)階段運(yùn)用Pro/ E三維設(shè)計(jì),通過對特征工具的操作,避免高級語言的復(fù)雜編程,所開發(fā)設(shè)計(jì)出來的三指三關(guān)節(jié)的欠驅(qū)動三指手,便于研究通過對界面特征工具的操作,生成欠驅(qū)動三指手實(shí)體模型，甚至輸出所需要的工程圖及相關(guān)分析數(shù)據(jù)。這樣既可輔助研究完成其設(shè)計(jì)構(gòu)思、減輕勞動強(qiáng)度、

15、提高效率和精度、改善視覺的效果,并可有效地縮短研制周期,提高設(shè)計(jì)制造的成功率;也為后續(xù)的3D運(yùn)動學(xué)仿真分析奠定了基礎(chǔ)。3.1.3 基于Pro/ E設(shè)計(jì)的運(yùn)動學(xué)分析運(yùn)動仿真是機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要內(nèi)容, 在Pro /E的Mechanism模塊中,通過對機(jī)構(gòu)添加運(yùn)動副、驅(qū)動器使其運(yùn)動起來,來實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動仿真。通過仿真技術(shù)可以在進(jìn)行整體設(shè)計(jì)和零件設(shè)計(jì)后, 對各種零件進(jìn)行裝配后模擬機(jī)構(gòu)的運(yùn)動, 從而檢查機(jī)構(gòu)的運(yùn)動是否達(dá)到設(shè)計(jì)的要求, 可以檢查機(jī)構(gòu)運(yùn)動中各種運(yùn)動構(gòu)件之間是否發(fā)生干涉，實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與運(yùn)動軌跡校核。同時(shí), 可直接分析各運(yùn)動副與構(gòu)件在某一時(shí)刻的位置、運(yùn)動量以及各運(yùn)動副之間的相互運(yùn)動關(guān)系及關(guān)鍵的

16、受力情況。在Pro /E環(huán)境下進(jìn)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動仿真分析,不需要復(fù)雜的數(shù)學(xué)建模、也不需要復(fù)雜的計(jì)算機(jī)語言編程,而是以實(shí)體模型為基礎(chǔ),集設(shè)計(jì)與運(yùn)動分析于一體,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、分析的參數(shù)化和全相關(guān),反映機(jī)構(gòu)的真實(shí)運(yùn)動情況。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)以PTC公司的三維建模Pro/E及其中的運(yùn)動學(xué)仿真功能建立欠驅(qū)動三指手的運(yùn)動仿真模型。首先在Pro/E中建立欠驅(qū)動三指手的三維CAD模型，然后完成整只手指的裝配，設(shè)置三指手的安裝位置為機(jī)構(gòu)運(yùn)動的初始位置，添加驅(qū)動和約束，進(jìn)行運(yùn)動仿真。在整個(gè)過程中，需要對建立模型等前續(xù)工作進(jìn)行不斷的修改和完善，才能生成所要求的欠驅(qū)動三指構(gòu)的仿真模型。3.2 可行性分析欠驅(qū)動的提出給傳統(tǒng)的機(jī)械

17、手的研究帶來了，使多度多指手的設(shè)計(jì)更加簡單，并適應(yīng)多種任務(wù)。經(jīng)過幾年的研究與發(fā)展，在欠驅(qū)動多指手結(jié)構(gòu)摸、分析與設(shè)計(jì)方法方面已取得了一定的研究成果2-7，在航空航動學(xué)建器人和制造等領(lǐng)域已有重要的應(yīng)用。人研究工作基礎(chǔ)上，本設(shè)計(jì)進(jìn)行欠驅(qū)動多指手設(shè)計(jì)與仿真，在基本原理上是可行的。本設(shè)計(jì)的工作主要涉及力學(xué)、機(jī)械原理和機(jī)械設(shè)計(jì)等方面的知識，以及Pro/ E設(shè)計(jì)工具，本人已學(xué)習(xí)了這些相關(guān)課程，并取得了較好的成績，掌握了本設(shè)計(jì)所需的基本知識。指導(dǎo)老師及其課題組在欠驅(qū)動多指手的相關(guān)研究方面具有很多成功的經(jīng)驗(yàn)，本設(shè)計(jì)的研究方法思路經(jīng)過深思熟慮，切實(shí)可行，能夠確保畢業(yè)設(shè)計(jì)的順利完成并取得預(yù)期的研究成果。3.3 預(yù)期

18、研究成果設(shè)計(jì)出三指三關(guān)節(jié)的欠驅(qū)動三指手，完成三維建模。通過仿真分析，保證設(shè)計(jì)能較好的滿足設(shè)計(jì)要求。時(shí)間段 1-2 周研究工作計(jì)劃完細(xì)參考文獻(xiàn)超過 10 篇，至少2 篇外文格式規(guī)范1蘇A.，.A.達(dá)等.機(jī)械手M.原子能,1982:2.欠腱驅(qū)動多指靈巧手的設(shè)計(jì) J .機(jī)械設(shè)計(jì)與研究，2003，19(1) :3,.多關(guān)節(jié)欠驅(qū)器人手爪包絡(luò)抓取穩(wěn)定性精密工程，2004，12(5) :498-551.4.基于欠驅(qū)構(gòu)的機(jī)械手爪的研究J.機(jī)械工程師, 2004，15(3) :12-15.5,鮑官軍,.機(jī)器人多指靈巧手及其驅(qū)動系統(tǒng)研究的現(xiàn)狀J.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2004，20(3)：271-273.6，中.多指護(hù)理靈巧手的優(yōu)化J.機(jī)械傳動，2005，20(3)：20-22.7Caz A,Cannata G.The design and development of the DIST 2 hand dextrous gripperJ.P起止時(shí)間內(nèi)容2010.11.152010.12.10調(diào)研、信息匯總，文獻(xiàn)查閱分析2010.12.102010.12.31外文翻譯、文獻(xiàn)綜述、開題，并熟悉理論力學(xué)、機(jī)械原理等相關(guān)知識2011.01.012011.01.10