一种新型欠驱动机器人手的设计与静力学分析

蒋瑞斌 左 萃 黄 龙 厉佐葵 刘柏海

(1. 湖南生物机电职业技术学院车辆工程学院，湖南 长沙 410127；2. 长沙理工大学汽车与机械工程学院，湖南 长沙 410076；3. 湖南生物机电职业技术学院机电工程学院，湖南 长沙 410127)

机器人的末端执行器，又称机器人手，是直接执行作业任务的装置[1-2]。对于生产线上的搬运作业，机器人手的结构通常为根据具体任务要求而设计的单自由度夹持器。这种单自由度夹持器的功能单一，难以适应不同形状和尺寸的目标物体。机器人手的自适应性需要其机构的多自由度来实现，然而完全控制这些自由度需要较为庞大的驱动控制系统和较为复杂的控制算法。为了降低机器人手的控制难度，欠驱动机器人手被广泛应用于工业上。机器人手的欠驱动特性是指其驱动电机的数目小于其自由度数目[3-4]。在夹持目标物体时，其手指可自动适应目标物体的不同形状或摆放位置，从而实现稳定有效的夹持作业。

欠驱动机器人手的传动方式主要包括绳轮传动、刚性连杆传动、气压传动、齿轮传动等类型。夏海超等[5]基于绳轮传动提出了一种可实现双向平夹的自适应机器人手，通过在指段上设计压力传感器使得该机器人手具有感知功能，并对其夹持动作过程和夹持力进行了仿真分析。马涛等[6]基于绳轮传动设计了一种双指欠驱动机器人手，并进行了结构优化和运动学分析，有效简化了机器人手结构和控制系统。Birglen等[7]通过串联多个刚性连杆关节设计了一种欠驱动机器人手，具有较好的自适应夹持性能。……