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D-24 兼具主动灵活性与被动顺应性的仿人灵巧手设计

指导教师:徐锦泱 项目成员:沈冯杰,马德文,孙宇杰,朱骏晖

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项目简介

项目概述

变刚度仿人灵巧手是以人手为参考、兼具主动灵活性和被动顺应性的机械手。其仿生的机械结构和舵机控制设计,使得它可以实现每根手指的自由活动,从而做到抓握、弹琴等许多动作;而弹性结构的加入,使得它可以响应随机的小冲击或小载荷突变,实现被动顺应的效果,从而获得类似人手的对外界的柔性适应能力

项目目标

(1)设计一个模仿人手肌肉-骨骼分布规律的刚柔机构,具有主动灵活性和被动柔顺性。

(2)灵巧手具有可变的力量与速度输出以及高度交互能力。

(3)整手具有简洁的机电结构、控制架构以及高集成度。

(4)能满足例如抓握等日常生活与作业场景的需求。

项目成果

  1. 设计了一款兼具主动灵活性与被动顺应性的仿人灵巧手,模仿人手的肌肉-骨骼-肌腱分布规律,实现了刚柔耦合的结构设计,使灵巧手能够适应各种大小和形状的物体,满足变刚度运动过程的需求。

  2. 成功实现了灵巧手的被动柔顺性,通过优化设计,使系统在保持简单机电结构的同时,具备了更轻的重量、更小的体积和更低的成本,且控制架构更为简化。

  3. 仿人灵巧手能够抓取多种物体,满足日常生活与作业场景的需求,并能抓取并操作多种不同的工具,外形美观,符合人类审美。

  4. 在Ansys上进行了高精度的力学仿真,在Adams上实现了实际制造前整个灵巧手的运动分析,为设计优化提供了有力支持。

  5. 通过一系列实验测试,如Kapandji多指对掌测试、抓取测试、钢琴演奏实验等,验证了仿人灵巧手的操作能力、抓握稳定性和在变刚度场景中的适应能力,展示了其在实际应用中的潜力。

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