混合工作模式的雙路徑傳動(dòng)欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械手設(shè)計(jì)與接觸力學(xué)分析

摘要：【目的】針對(duì)矸石、木塊等煤炭異物形狀輪廓不規(guī)則、粒度變化范圍大、體積較薄的特點(diǎn)，導(dǎo)致煤炭異物難以抓取的問(wèn)題，提出了一種混合工作模式的欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械手?！痉椒ā吭摍C(jī)械手應(yīng)用包絡(luò)抓取與平行抓取分別抓取輪廓不規(guī)則物體與薄類物體；通過(guò)平行移動(dòng)改變手指的抓取空間，以適應(yīng)不同粒度范圍內(nèi)煤炭異物抓取；根據(jù)手指的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，提出了不同粒度范圍內(nèi)煤炭異物的抓取方法；建立手指的接觸力模型，得到手指抓取時(shí)的接觸力變化，為該機(jī)械手抓取的穩(wěn)定性研究提供依據(jù)?！窘Y(jié)果】研究結(jié)果表明，該機(jī)械手能夠滿足50～300 mm粒度范圍內(nèi)的矸石與薄類物體的抓取。

關(guān)鍵詞：欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械手；包絡(luò)抓?。黄叫凶ト。唤佑|力

中圖分類號(hào)：TD94 DOI：10. 16578/j. issn. 1004. 2539. 2025. 02. 008

0 引言

煤礦的分揀機(jī)器人完成分揀任務(wù)的核心挑戰(zhàn)之一是對(duì)帶式運(yùn)輸機(jī)上煤炭異物的抓取。煤炭異物主要由矸石和木塊等物體組成，矸石具有輪廓不規(guī)則、粒度范圍變化大的特點(diǎn)，木塊具有厚度較薄的特點(diǎn)，傳統(tǒng)的機(jī)械手難以同時(shí)適應(yīng)這兩種物體的抓取。

目前，一般的工業(yè)夾持器手指只有1個(gè)移動(dòng)自由度，通過(guò)改變其開(kāi)合距離以適應(yīng)大小不同的物體[1]，由于其手指數(shù)量較少，抓取重物時(shí)不能提供足夠的接觸點(diǎn)與接觸力。多指機(jī)械手，如NASA[2]、Gifu[3]和BCL-13[4]等機(jī)械手，則在每個(gè)關(guān)節(jié)處至少添加了1個(gè)制動(dòng)器以完成各種物體的復(fù)雜動(dòng)作[5]，保證了足夠的接觸點(diǎn)和接觸力。該類機(jī)械手通過(guò)復(fù)雜的控制系統(tǒng)與傳感系統(tǒng)完成抓取，難以適應(yīng)惡劣的環(huán)境條件。因此，研究人員利用腱繩[6]、連桿[7]、齒輪[8]和同步帶[9]等驅(qū)動(dòng)方式，設(shè)計(jì)了欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械手，如SDM[10]、TH-2[11]、SARAH[12]、TBM[13]等機(jī)械手，在完成對(duì)未知物體的自適應(yīng)抓取的同時(shí)，降低了機(jī)械手控制的復(fù)雜程度。

欠驅(qū)動(dòng)手抓取主要分為耦合抓取、包絡(luò)抓取和平行抓取3種抓取方式。耦合抓取類似于人手抓取模式，多個(gè)手指指節(jié)同時(shí)彎曲[14]；包絡(luò)抓取則是多個(gè)手指指節(jié)按順序自適應(yīng)包絡(luò)抓取[15-16]；平行抓取則是利用夾具平行夾持物體[17]。這些單一的抓取模式難以適應(yīng)形狀輪廓不規(guī)則和粒度變化范圍大的物體。暢博彥等[18]將變胞機(jī)構(gòu)和箏形直線機(jī)構(gòu)相結(jié)合，設(shè)計(jì)了一種單驅(qū)動(dòng)多抓取模式變胞機(jī)械手，具有線性平行抓取和自適應(yīng)包絡(luò)抓取兩種工作模式。LI等[19]提出了一種新的單路傳輸機(jī)制的COSA手，將手指的運(yùn)動(dòng)過(guò)程分為耦合抓取與包絡(luò)抓取兩個(gè)階段。LI?ANG等[20]設(shè)計(jì)了一種具有混合抓取模式的PASA-GB手，可通過(guò)限制滑塊的移動(dòng)實(shí)現(xiàn)平行抓取與包絡(luò)抓取之間的轉(zhuǎn)換。采用兩種抓取模式混合的方式增大了機(jī)械手抓取范圍，但由于手指末端軌跡為圓弧，難以抓取工作臺(tái)上的薄板物體。羅超等[21]設(shè)計(jì)了一種直線機(jī)構(gòu)，將手指末端的軌跡由曲線變?yōu)橹本€，在工作臺(tái)上平行抓取薄板物體的同時(shí)可包絡(luò)抓取其他物體，其手指指節(jié)為2指節(jié)，不具備良好的包絡(luò)性。李小彭等[22]設(shè)計(jì)了一種新型的基于變胞原理的欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械手，在2指節(jié)的直線機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上，將手指指節(jié)變?yōu)? 指節(jié)， 增加了手指的包絡(luò)。CIO?CARLIE等[23]優(yōu)化了主動(dòng)屈肌腱和被動(dòng)伸肌腱的路徑和剛度，使機(jī)械手執(zhí)行平行抓取并優(yōu)化連接尺寸與驅(qū)動(dòng)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了大范圍的包絡(luò)抓取。由于耦合抓取要求手指指節(jié)的運(yùn)動(dòng)具有一定的耦合性，不適用于輪廓不規(guī)則的矸石包絡(luò)。因此，用于矸石與薄板類抓取的機(jī)械手需具有包絡(luò)抓取與平行抓取兩種方式，分別用于矸石與薄板的抓取。

本文提出了一種雙路徑傳動(dòng)新的欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械手，進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提出了煤炭異物的抓取方法，建立了手指接觸力模型，通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了機(jī)械手對(duì)不同粒度矸石與薄板類煤炭異物的良好抓取效果。

1 欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1. 1 欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械手結(jié)構(gòu)及傳動(dòng)路徑

本文設(shè)計(jì)的機(jī)械手的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。該機(jī)械手由1個(gè)安裝平臺(tái)、2個(gè)手掌、8根手指、2個(gè)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、1個(gè)同步帶滑塊機(jī)構(gòu)和1個(gè)蝸輪蝸桿腱繩機(jī)構(gòu)所組成。

如圖2所示，為實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的包絡(luò)抓取與平行抓取，該機(jī)械手設(shè)置了兩條傳動(dòng)路徑，一條傳動(dòng)路徑用于實(shí)現(xiàn)手指的平行移動(dòng)，另一條傳動(dòng)路徑用于實(shí)現(xiàn)手指的同步彎曲。

傳動(dòng)路徑1：移動(dòng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)同步帶轉(zhuǎn)動(dòng)，同步帶帶動(dòng)滑塊滑動(dòng)，滑塊帶動(dòng)兩個(gè)開(kāi)合板進(jìn)行開(kāi)合移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)手指的平行移動(dòng)。

傳動(dòng)路徑2：驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)六邊形軸轉(zhuǎn)動(dòng)，六邊形軸帶動(dòng)兩對(duì)蝸輪蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)，蝸輪帶動(dòng)繞繩軸轉(zhuǎn)動(dòng)，繞繩軸拉動(dòng)腱繩實(shí)現(xiàn)手指的同步彎曲。

1. 2 手指安裝與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

手指左右各4根，分別安裝在兩個(gè)手掌上。手指安裝結(jié)構(gòu)如圖3（a）所示，單根手指結(jié)構(gòu)如圖3（b）所示。在手指的每個(gè)關(guān)節(jié)處安裝有滑輪與彈簧，近指節(jié)與中指節(jié)的內(nèi)部各有1個(gè)滑輪；手指各指節(jié)利用一根腱繩依次穿過(guò)各個(gè)滑輪，為手指提供驅(qū)動(dòng)力矩；關(guān)節(jié)處的彈簧則為手指提供回復(fù)力矩。手指近關(guān)節(jié)、中關(guān)節(jié)與遠(yuǎn)關(guān)節(jié)的前端部分別設(shè)計(jì)了20°、30°和40°的開(kāi)口，手指關(guān)節(jié)后端的兩個(gè)手指指節(jié)閉合。手指前端開(kāi)口、后端閉合的設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)手指在共線時(shí)只能向前彎曲，3個(gè)關(guān)節(jié)的最大旋轉(zhuǎn)角度分別為20°、30°、40°。為了便于手指的快速拆裝， 每根手指的結(jié)構(gòu)參數(shù)相同。手指的結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1所示。

2 機(jī)械手抓取模式

在研究該機(jī)械手抓取方法時(shí)，對(duì)手指的運(yùn)動(dòng)過(guò)程進(jìn)行分析。根據(jù)分析得到的手指運(yùn)動(dòng)過(guò)程，提出了小粒度、中粒度和大粒度矸石的抓取模式和抓取范圍；同時(shí)，根據(jù)手指的寬度和移動(dòng)距離，得到平行抓取的抓取范圍。

2. 1 手指運(yùn)動(dòng)學(xué)模型

手指的運(yùn)動(dòng)過(guò)程如圖4所示。在腱繩的拉力下，手指的遠(yuǎn)指節(jié)和手指上的滑輪發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，由于滑輪與手指指節(jié)之間有1個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，滑輪的轉(zhuǎn)動(dòng)不會(huì)直接帶動(dòng)其余指節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)。

在初始狀態(tài)下，遠(yuǎn)指節(jié)繞著遠(yuǎn)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)，此過(guò)程的運(yùn)動(dòng)學(xué)公式為

式中，T1為遠(yuǎn)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)腱繩的拉力；R1為遠(yuǎn)關(guān)節(jié)滑輪半徑；J1為遠(yuǎn)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；θ4為遠(yuǎn)指節(jié)的旋轉(zhuǎn)角度。

對(duì)式（1）進(jìn)行一次積分和二次積分，得到遠(yuǎn)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度ω4與角位移θ4，分別為

∫T1 R1dt = J1 ω4 （2）

?T1 R1 dt2 = J1θ4 （3）

對(duì)式（2）、式（3）進(jìn)一步計(jì)算，得到

ω4 = R1T1t/J1（4）

θ4 = T1 R1t2/2J1（5）

當(dāng)遠(yuǎn)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)40°時(shí)，遠(yuǎn)指節(jié)與中指節(jié)接觸，腱繩拉動(dòng)中、遠(yuǎn)指節(jié)繞著中關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度ω3與中關(guān)節(jié)角位移θ3分別為

ω3 = R2T2t/J2（6）

θ3 = R2T2t2/2J2（7）

式中，T2為中關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)腱繩的拉力；J2為中關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；R2為中關(guān)節(jié)滑輪半徑。

當(dāng)中關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)30°時(shí)，中指節(jié)與近指節(jié)接觸，腱繩拉動(dòng)手指的3個(gè)指節(jié)繞著近關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度ω2與近關(guān)節(jié)角位移θ2分別為

ω2 = R3T3t/J3（8）

θ2 = R3T3t2/2J3（9）

式中，T3為近關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)腱繩的拉力；J3為近關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；R3為近關(guān)節(jié)滑輪半徑。

通過(guò)上述分析得知，手指運(yùn)動(dòng)過(guò)程為遠(yuǎn)指節(jié)繞遠(yuǎn)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)40°后，中指節(jié)和遠(yuǎn)指節(jié)繞中關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)30°，最后，近指節(jié)、中指節(jié)和遠(yuǎn)指節(jié)繞近關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)20°。

2. 2 包絡(luò)抓取

根據(jù)指節(jié)的運(yùn)動(dòng)順序，將包絡(luò)抓取模式分為遠(yuǎn)關(guān)節(jié)包絡(luò)抓取、中關(guān)節(jié)包絡(luò)抓取和近關(guān)節(jié)包絡(luò)抓取3種包絡(luò)方式。3 種包絡(luò)方式的最大包絡(luò)粒度如圖5所示。

圖5（a）所示為遠(yuǎn)關(guān)節(jié)包絡(luò)抓取。通過(guò)遠(yuǎn)關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)和手指的移動(dòng)，利用遠(yuǎn)指節(jié)包絡(luò)矸石的底部。其最大抓取粒度L01為

L01 = 2L1 sinθ4 （10）

圖5（b）所示為中關(guān)節(jié)包絡(luò)抓取。通過(guò)中關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)和手指的移動(dòng)，利用中指節(jié)與遠(yuǎn)指節(jié)共同包絡(luò)矸石底部。其最大抓取粒度L02 為

L02 = 2L2 sinθ3 + 2L1 sinβ1 （11）

其中，

β1 = θ3 + θ4 （12）

圖5（c）所示為近關(guān)節(jié)包絡(luò)抓取。通過(guò)近關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)和手指的移動(dòng)，利用近、中、遠(yuǎn)指節(jié)包絡(luò)矸石底部。其最大抓取粒度L03 為

L03 = 2L3 sinθ2 + 2L2 sinβ2 + 2L1 sinβ3 （13）

式中，

β2 = θ2 + θ3 （14）

β3 = θ2 + θ3 + θ4 （15）

將手指關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度與手指指節(jié)的長(zhǎng)度分別代入式（10）～式（15），得到的3個(gè)包絡(luò)抓取的最大抓取粒度分別為96. 4、210. 9、308. 5 mm。為防止矸石從機(jī)械手手指間的縫隙滑落，所抓取矸石的最小粒度應(yīng)大于手指間的距離46 mm， 取最小粒度為50 mm。煤礦運(yùn)輸過(guò)程中， 矸石的最大粒度為300 mm。得到包絡(luò)抓取的3種抓取方式的抓取粒度范圍，如表2所示。

在得到不同粒度矸石的抓取模式后，采用蒙特卡洛法對(duì)機(jī)械手包絡(luò)抓取的抓取空間進(jìn)行分析。已知各指節(jié)的長(zhǎng)度與寬度，以包絡(luò)抓取各關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)角度和手指的移動(dòng)距離為變量，通過(guò)取多組L0i和θi，得到指尖參考點(diǎn)全部隨機(jī)位置組成的點(diǎn)云空間，即手指的工作空間。利用Matlab軟件結(jié)合手指正運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，對(duì)3種包絡(luò)抓取隨機(jī)生成5 000組L0i和θi值，得到的手指的工作空間如圖6所示。

由圖6可知，手指指尖在開(kāi)合度方向上的工作空間為300 mm，滿足包絡(luò)抓取粒度范圍（50～300 mm）的抓取。

2. 3 平行抓取

平行抓取如圖7所示。由于手指3個(gè)指節(jié)在一條直線上，手指向外為剛性的。在該抓取方式下，手指不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，只執(zhí)行手指的開(kāi)合運(yùn)動(dòng)。

隨機(jī)生成50 000組L04，得到平行抓取手指指尖的工作空間，如圖8所示。

由圖8 可知，平行抓取指尖的工作范圍為0～300 mm。由于手指的間距為46 mm，8根并排的最大寬度為341 mm，因此，得到平行抓取的工作空間為295 mm×300 mm。

3 手指接觸力分析

為研究機(jī)械手的抓取性能，基于虛功原理建立手指接觸力模型，得到腱繩拉力與接觸力之間的關(guān)系。在機(jī)械手抓取過(guò)程中，手指的接觸力和關(guān)節(jié)彈簧所做的功等于腱繩拉力所做的功；由于關(guān)節(jié)彈簧的驅(qū)動(dòng)力矩只用于恢復(fù)手指的初始位置，所需的恢復(fù)力矩較小，因此，關(guān)節(jié)彈簧所做的功很小。簡(jiǎn)化接觸力模型，忽略關(guān)節(jié)彈簧所做的功，得到的接觸力模型為

M?θ = Fδ （16）

其中，

M = [ TR3 TR2 TR1 ] （17）

?θ = [ ?θ2 ?θ3 ?θ4 ]T （18）

F = [ F1 F2 F3 ] （19）

δ = [ δ1 δ2 δ3 ]T （20）

式中，M 為腱繩給關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)提供的一維驅(qū)動(dòng)力矩矩陣；T 為腱繩拉力；Ri為手指關(guān)節(jié)滑輪的半徑；?θ 為一維關(guān)節(jié)虛角位移矩陣；F 為一維手指接觸力矩陣；δ 為一維接觸力虛位移矩陣。

通過(guò)圖9所示的手指接觸力分析，得到虛角位移矩陣與虛位移矩陣的關(guān)系，即

δ = B?θ （21）

其中，

式中，b11為接觸力F1相對(duì)于遠(yuǎn)關(guān)節(jié)的力臂；b21為接觸力F2相對(duì)于中關(guān)節(jié)的力臂；b31為接觸力F3相對(duì)于近關(guān)節(jié)的力臂；b12、b13分別為接觸力F1相對(duì)于中關(guān)節(jié)和近關(guān)節(jié)的力臂，可由式（23）、式（24）計(jì)算得到；b22為接觸力F2相對(duì)于近關(guān)節(jié)的力臂，可由式（25）計(jì)算得到。

b12 = b11 + L2 cosθ4 （23）

b13 = b12 + L3 cosβ1 （24）

b22 = b21 + L3 cosθ3 （25）

將式（21）代入式（16），得到腱繩拉力與手指接觸力的關(guān)系，即

T [ R3 R2 R1 ] = FB （26）

由式（21）～式（25）可以看出，腱繩的拉力與遠(yuǎn)關(guān)節(jié)和中關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度有關(guān)，與近關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度無(wú)關(guān)。

根據(jù)接觸力模型得到的腱繩拉力的變化趨勢(shì)如圖10所示。圖10（a）中，b11、b21、b31均為25 mm，圖中的上、中、下層分別表示接觸力F3為50、30、10 N時(shí)接觸力F1、F2依次遞增時(shí)腱繩拉力的變化，腱繩拉力隨著接觸力F1、F2、F3增大而增大。圖10（b）中，接觸力F1、F2、F3均為30 N，圖中的上、中、下層分別表示b31為50、30、10 mm時(shí)腱繩拉力的變化，腱繩拉力隨著接觸力b11、b21、b31增大而增大。圖10（c）為b11、b21、b31在0～50 mm內(nèi)取任意值，接觸力F1、F2、F3在0～60 N內(nèi)取任意值時(shí)腱繩拉力的變化，可以發(fā)現(xiàn)，腱繩拉力的變化在任意范圍內(nèi)呈現(xiàn)山峰狀。

4 仿真與試驗(yàn)

4. 1 仿真

為了證明手指運(yùn)動(dòng)過(guò)程和接觸力模型的準(zhǔn)確性，建立手指模型并利用Adams 軟件進(jìn)行了手指運(yùn)動(dòng)仿真。

手指模型各指節(jié)的長(zhǎng)度為50 mm，仿真驅(qū)動(dòng)為腱繩纏繞在一根驅(qū)動(dòng)軸上，驅(qū)動(dòng)速度為10 rad/s，驅(qū)動(dòng)軸的直徑為10 mm；關(guān)節(jié)處的滑輪直徑為11 mm。通過(guò)Adams軟件的Torsion Spring添加剛度為0. 95 N·mm（/ °）的關(guān)節(jié)彈簧。仿真得到的手指運(yùn)動(dòng)過(guò)程如圖11所示。手指各關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度的變化如圖12所示。

由圖11、圖12可知，手指運(yùn)動(dòng)0～8 s內(nèi)，遠(yuǎn)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)82°；8～16. 5 s 內(nèi)，中關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)82°；最后，近關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)75°，符合手指運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的手指關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)過(guò)程。

為了驗(yàn)證手指接觸力模型的有效性，通過(guò)給手指仿真模型的各指節(jié)添加接觸力，得到腱繩拉力的拉力變化值，并與手指接觸力模型的理論計(jì)算值進(jìn)行了比較。仿真過(guò)程中，接觸力位置、接觸力大小、理論計(jì)算值與仿真結(jié)果如表3所示。彈簧力矩變化如圖13所示。仿真得到的腱繩拉力變化如圖14所示。

由表3可知，有彈簧時(shí)，腱繩的拉力大于無(wú)彈簧的拉力；但不論有無(wú)彈簧，手指的接觸力模型計(jì)算得到的腱繩拉力理論計(jì)算值與手指仿真模型的仿真結(jié)果的相對(duì)誤差均在5%以內(nèi)。所以，彈簧的轉(zhuǎn)矩對(duì)腱繩拉力影響較小。

圖13中，彈簧力矩隨著關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)角度的增大而變化。由圖14可知，腱繩拉力在近關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)接觸力未發(fā)生變化，與接觸力模型符合；在有彈簧與無(wú)彈簧的條件下，腱繩的拉力變化趨勢(shì)不變；有彈簧時(shí)的腱繩拉力略大于無(wú)彈簧時(shí)的腱繩拉力，對(duì)接觸力模型的誤差影響不大。

4. 2 抓取試驗(yàn)

為驗(yàn)證機(jī)械手包絡(luò)抓取與平行抓取的可行性，制作該機(jī)械手的實(shí)物模型，并對(duì)3種粒度矸石與木塊進(jìn)行了抓取試驗(yàn)。

該機(jī)械手能夠根據(jù)煤炭異物小、中、大3種粒度和物體形狀分別執(zhí)行遠(yuǎn)關(guān)節(jié)包絡(luò)抓取、中關(guān)節(jié)包絡(luò)抓取、近關(guān)節(jié)包絡(luò)抓取和平行抓取模式。本文在包絡(luò)抓取3 種粒度范圍內(nèi)選擇1 塊矸石進(jìn)行包絡(luò)抓取試驗(yàn)，選擇1塊木塊進(jìn)行平行抓取試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖15所示。

試驗(yàn)結(jié)果表明，該機(jī)械手在抓取各種粒度的矸石時(shí)具有較強(qiáng)的包絡(luò)能力，抓取薄類木塊時(shí)能夠提供足夠的抓取力，能夠穩(wěn)定抓取物體。

5 結(jié)論

1） 利用同步帶與蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)了一種具有包絡(luò)抓取和平行抓取模式的雙路徑傳動(dòng)機(jī)械手。該機(jī)械手用兩個(gè)驅(qū)動(dòng)分別驅(qū)動(dòng)手指的同步移動(dòng)與8根手指的同步彎曲。手指能夠根據(jù)物體粒度變化改變其抓取空間。

2） 根據(jù)手指的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，提出了不同粒度范圍內(nèi)物體的3種包絡(luò)方式；并根據(jù)蒙特卡洛法得到手指3種包絡(luò)方式的工作空間。

3） 利用虛功原理建立了手指的接觸力模型，得到了接觸力、接觸點(diǎn)位置與腱繩拉力的關(guān)系。通過(guò)仿真與理論計(jì)算對(duì)比，驗(yàn)證了接觸力模型的有效性，為機(jī)械手的穩(wěn)定抓取研究提供了依據(jù)。

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