2021年, 第45卷, 第3期　
刊出日期：2021-03-15

  

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理论研究
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  考虑运动副间隙三角连杆肘杆式压力机机构动力学研究

  王中双, 尹久政

  机械传动. 2021, 45(3): 1-7. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2021.03.001

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  针对考虑运动副间隙三角连杆肘杆式压力机机构动力学建模、仿真及分析问题，提出了相应的向量键合图法。基于无质量杆-弹簧阻尼运动副间隙模型，建立了含运动副间隙的三角连杆肘杆式压力机机构向量键合图模型。应用相应的方法，使机构向量键合图模型的贮能元件皆具有积分因果关系。在此基础上，基于Matlab实现了含运动副间隙三角连杆肘杆式压力机机构计算机建模及动力学仿真，分析了运动副间隙对压力机机构运动学及动力学性能的影响，验证了所述方法的可靠性及有效性。
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  考虑游隙的滚动轴承刚度模型及其时变特性分析

  陈润霖, 韩沁, 张梦豪, 张延超, 李龙龙, 崔亚辉

  机械传动. 2021, 45(3): 8-14. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2021.03.002

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  为了研究滚动轴承时变刚度对精密机床主轴回转精度的影响规律，在考虑游隙的条件下，建立滚动轴承的时变刚度模型，并提出采用平均刚度和刚度幅值变化率来表征刚度的时变特性。以深沟球轴承为例，分析了不同径向游隙、载荷、滚动体数对滚动轴承时变刚度的影响规律。结果表明，轴承的平均刚度与径向游隙负相关，与载荷和滚动体数正相关；刚度幅值变化率随着径向游隙的增大总体呈增大趋势，随载荷和滚动体数的增大总体呈减小趋势，但是，当等效承载滚动体数为整数时，滚动轴承刚度的时变特性最为明显。为了减小轴承刚度的时变特性，应当根据载荷等工况条件，选择合理的游隙和滚动体数。
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  机器人精密减速器摆线针轮啮合传动瞬态接触性能分析

  乔雪涛, 贾克, 陈春山, 王长路, 韦乐余, 张立勇, 王伟功

  机械传动. 2021, 45(3): 15-18,24. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2021.03.003

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  工业机器人精密减速器的传动精度和动态稳定性在很大程度上取决于摆线针轮的啮合性能。通过Creo和ANSYS Workbench相结合的数字化设计与动力学分析平台，对精密减速器第二级减速机构的摆线针轮啮合传动部分进行了三维参数化建模和瞬态动力学分析，快速、准确地获得研究所需的精密减速器参数化模型和摆线针轮动态啮合过程中摆线轮齿表面的应力和应变云图，从而得出摆线针轮在啮合过程中接触应力分布规律。采用Hertz接触理论得出的理论计算结果与上述仿真结果进行对比分析，验证了所建模型的正确性，为摆线轮进一步的齿廓优化修形提供了必要的理论基础。
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  一种基于多因素耦合的谐波减速器传动精度逆向分析方法

  赵琳娜, 汪龙, 方金, 李德勇, 王凯, 李海月, 许焕宾, 邢广强, 张跃, 王宁

  机械传动. 2021, 45(3): 19-24. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2021.03.004

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  谐波减速器的传动误差是由零件加工及装配过程中的几何偏心和运动偏心等偏心矢量耦合而成的，具有频域性特点，并且各种单因素引起的传动误差分布概率符合瑞利分布。通过空间运动学、谐波啮合原理，建立了基于瑞利分布的传动误差多因素耦合模型，完成了置信区间可达99%的谐波减速器传动误差的预判模型。通过预判模型能够计算出各传动误差源的权重系数，提出一种基于误差源权重系数、从控制零件加工制造精度重新优化分配传动误差的逆向分析方法，在满足传动误差设计指标的同时，可最大程度降低加工制造的难度及成本，具有重要的工程应用价值。最后，针对40型谐波齿轮减速器进行传动精度的逆向理论分析和实验验证对比，实测结果与理论计算值吻合。
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  基于模型预测的P2混合动力AMT换挡后离合器结合控制策略

  杜常清, 张欢, 曹锡良, 王华武

  机械传动. 2021, 45(3): 25-34. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2021.03.005

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  AMT换挡后的离合器结合过程控制好坏对系统冲击有较大的影响，针对P2型单轴并联混合动力汽车离合器的结合过程中，离合器接合阶段离合器尽快接合和冲击度尽可能小这两个控制目标，分析了不同驱动模式下换挡离合器接合阶段动力学过程，设计了基于模型预测控制的离合器接合控制策略，搭建了Amesim-Simulink联合仿真模型对控制策略进行仿真分析，并将模型预测控制的效果与模糊PID控制进行了比较。结果表明，模型预测控制方法虽然会使离合器接合时间在可接受的范围内略微增加，但滑磨功和冲击度会不同程度的减少。其中，冲击度的减少尤为明显，在发动机单独驱动时冲击度减少43%，混合驱动时冲击度减少35%。
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  基于小波分析的重载卡车变速箱装配品质在线检测方法研究

  邹政, 曹汝朋, 屈清, 唐蔗湛, 周康渠, 陈伟

  机械传动. 2021, 45(3): 35-39. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2021.03.006

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  为确定某型变速箱装配品质，从变速箱内部结构出发，简要介绍了变速箱常见装配故障，从理论上分析了变速箱在各挡位情况下各齿轮和轴承等零件的常见故障特征频率，并搭建声压信号采集平台，采集变速箱不同挡位运转时产生的声压信号，利用小波阈值去噪法对采集的原始声压信号进行去噪，并运用小波分析对去噪后的声压信号进行分解，对相应的频段信号进行谱分析，结合理论分析与实验分析的结果，获得变速箱的装配故障特征，为检查变速箱装配品质提供依据。该研究对变速箱装配品质检测具有一定的参考意义。
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  基于链间耦合的并联悬架的刚度优化

  贾登峰, 万小金

  机械传动. 2021, 45(3): 40-45. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2021.03.007

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  针对越野车辆座椅刚度提升问题，提出了利用并联机构作为座椅悬架主体结构的方案。为保证悬架装置具有高精度位姿和高刚度结构，对链间耦合与固有频率进行研究。首先，通过能量法、虚功原理和扰动理论，可以获得机构的广义质量和广义刚度矩阵；其次，弹性耦合和惯性耦合是基于以上两个广义矩阵而定义的两个指标来测量并联机构的耦合程度，通过Cholesky分解法获得机构的固有频率；然后，为了获得较小的弹性耦合、惯性耦合和较大的固有频率，以固有频率作为目标函数来优化悬架装置的结构参数；最终，对优化结果综合分析，获得最优结构参数用于改进装置结构。
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  行星齿轮传动系统刚柔耦合建模及故障特性仿真研究

  王子涵, 冯辅周, 丛华, 王杰

  机械传动. 2021, 45(3): 46-51. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2021.03.008

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  针对某型坦克行星变速箱的K3行星排，为了研究故障齿轮对行星传动系统的动态特性影响，运用SolidWorks、Adams及ANSYS软件，建立其刚柔耦合动力学模型并进行联合仿真分析，验证了刚柔耦合模型相对于纯刚体模型在时域、频域上的振动响应；通过分析危险节点应力变化曲线，得到应力极大值时刻等效应力分布云图；阐明了轮齿剥落故障产生原因并模拟故障运行，与正常状态下的接触力、加速度仿真信号对比分析，得到了轮齿剥落故障的时域、频域响应特征。仿真结果可为行星变速箱的故障机理、故障诊断技术研究提供基础依据与理论支撑。
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  一种协作机器人位姿重复性优化综合

  刘旭, 王颂, 刘爱华, 胡明伟

  机械传动. 2021, 45(3): 52-56. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2021.03.009

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  在给定位姿重复性要求的前提下，寻找各关节随机运动精度的最优分配方案能够使协作机器人设计更加合理，对降低机器人制造成本有重要意义。首先，在机器人位姿重复性分析的基础上，建立了位姿重复性数学模型，该数学模型包含机器人位置重复性和姿态重复性；其次，以协作机器人KUKA iiwa 7为例，以关节运动误差最大化为优化目标，对该机器人位姿重复性进行优化综合，获得各关节随机运动精度的最优分配方案；最后，对KUKA iiwa 7机器人进行位姿重复性实验，结果验证了该方法的正确性，基于该方法的精度设计结果能够使协作机器人设计更加合理。
设计计算
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  动车组传动齿轮模糊稳健修形设计

  盛自强, 王悦东, 白肖宁, 王慎轩

  机械传动. 2021, 45(3): 57-63. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2021.03.010

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  考虑到齿轮的修形参数和性能参数受制造和使用过程中各影响因素的扰动影响，提出了一种基于改进容差模型和模糊理论的动车组传动齿轮稳健修形设计方法。确定了齿轮稳健修形设计中的可控因素与不可控因素，结合正交试验设计与Romax运动仿真获取试验样本点；利用多项式函数拟合传动误差峰峰值的响应面近似模型。在此基础上，引入模糊理论，基于改进容差模型建立齿轮稳健修形优化数学模型，采用NSGA-Ⅲ算法寻优求解，并将其与其他修形方案进行比较，最后对各修形方案进行仿真验证。结果表明，基于改进容差模型的齿轮稳健修形结果要优于传统容差模型；在基于改进容差模型的齿轮稳健修形设计中考虑模糊因素的影响，不仅改善了齿面偏载情况，还提高了修形结果的稳健性和合理性。
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  (2SPS/U)& (2SPS/RR)型并联拟人机械臂的设计与运动学分析

  马志广, 王康康, 张磊乐, 贾少微, 陈参

  机械传动. 2021, 45(3): 64-68. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2021.03.011

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  针对现有仿生拟人机械臂连续性差、稳定性差和惯性冲击大的问题，提出了一种新型并联拟人机械臂，可以模拟人的腕关节、肘关节、肩关节动作，采用（2SPS/U）&（2SPS/RR）的二级耦合并联机构来驱动各个关节动作。为得到其运动学正反解，利用封闭矢量法和牛顿迭代法计算得到两级并联机构的运动学正反解；并将整个拟人臂的机构构型进行简化，基于D-H法对整个机构进行了位置正反解的计算和验证。
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  躲闪机器人同步移动转向机构设计及动力学分析

  郑勐, 李恒, 任航飞, 张红勇, 薛俊强, 张永乐, 颜琬滢

  机械传动. 2021, 45(3): 69-74. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2021.03.012

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  针对目前市场上现有的机器人移动机构驱动多、控制繁琐、稳定性差的现象，研究了一款拥有平面内全方位快速移动功能的躲闪机器人同步移动转向机构。采用驱动电机和转向电机相互配合的方式实现全方位移动，为了检验移动机构模型建立的合理性，采用拉格朗日方程完成移动机构的动力学分析；并采用Adams软件完成移动机构虚拟样机的仿真模拟，得到相关转矩曲线；最后，完成了移动机构的实验测试。通过理论计算、仿真模拟、实验测试三者之间的相互验证，检验了躲闪机器人移动机构模型建立的准确性。
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  多臂节机械臂架系统连杆组参数化建模及优化设计

  朱奇, 龙华, 周志红, 张起创

  机械传动. 2021, 45(3): 75-81. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2021.03.013

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  针对多臂节机械臂架系统连杆计算效率不高，优化设计手段保守的问题，以混凝土泵车臂架作为典型工程装备部件，将臂节之间的油缸及连杆作为整体考虑成连杆组，利用ANSYS APDL语言对连杆组进行参数化建模，并在多工况下进行优化分析，得到连杆组的最优结构模型；通过结构应力试验，验证了计算方法的可行性。结果表明，参数化建模及优化设计的方法大大提高了连杆的计算效率，为多臂节机械臂架系统连杆的设计提供了一种可行且有效的方法，也为其他具有类似结构的产品设计提供了重要参考。
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  2URR-SRR-RUPUR 并联式腿部康复机器人机构设计与运动性能分析

  叶增林, 张良安, 陈华, 吴昊

  机械传动. 2021, 45(3): 82-89. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2021.03.014

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  基于腿部关节康复机理，提出了一种2URR-SRR-RUPUR 4自由度并联式腿部康复机器人，该机构能够实现踝关节的外展和内收运动、膝关节的屈伸运动、髋关节的内旋和外旋运动以及腿部的牵伸运动。基于螺旋理论分析了该机构在一般位型和初始位型下的约束螺旋系和自由度性质。建立了2URR-SRR-RUPUR并联机构的运动学模型，采用闭环矢量法求解机构的运动学逆解并分析了机构的速度雅可比矩阵，在此基础上，对机构的工作空间和奇异性进行研究，得到了机构的工作空间图和奇异位型。基于腿部关节康复运动路径对机构进行轨迹规划，将规划结果采用SolidWorks Motion软件进行运动仿真分析，仿真结果表明，机构运动连续平滑，适合腿部康复运动训练，具备良好的应用潜力。
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  曲柄摇杆式爬楼梯装置设计

  韩瑞刚

  机械传动. 2021, 45(3): 90-94. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2021.03.015

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  针对星轮式爬升机构稳定性指标r值较大，影响运行稳定这一问题，提出了一种曲柄摇杆式爬楼梯装置。研究了曲柄摇杆机构杆长对运动轨迹的影响，并对装置进行设计，使其r值减小了22%；应用SolidWorks软件对装置进行建模及爬楼过程仿真，得到其空载和施加载荷时的运行轨迹图，确定了方案的可行性；并进行样机测试，验证了装置的运行稳定性。研究结果说明，曲柄摇杆式爬楼梯装置的设计思路是正确的，对于开发类似产品有借鉴意义。
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  直线型连杆爬升机构的设计与分析

  祝志芳, 张志杰, 潘家伟, 邹泽平, 叶秉良, 刘宝玲

  机械传动. 2021, 45(3): 95-98,110. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2021.03.016

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  通过与现有电动爬楼轮椅的爬升机构的对比与分析，提出了直线型连杆爬升机构。对直线型连杆爬升机构进行设计研究，其端点轨迹上半部分为半圆形，下半部分为近似直线的弦，该轨迹与动物行走步态极其相似；将其作为爬升机构的设计基础，并利用SolidWorks软件对直线型连杆爬升机构进行建模，并对爬升机构在爬楼梯过程的轨迹进行了分析。结果表明，该爬升机构设计方案合理，爬升机构爬升运动轨迹近似直线，较大程度降低了颠簸，为爬楼机构的设计提供了新的理论参考。
试验分析
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  弹流润滑状态下机床主轴轴承刚度特性分析

  于浩, 秦东晨, 陈江义, 袁峰

  机械传动. 2021, 45(3): 99-103. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2021.03.017

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  圆柱滚子轴承的刚度特性会对机床动态性能产生较大影响。在双列圆柱滚子轴承力学分析的基础上，综合赫兹接触与润滑油膜对轴承刚度的影响，分析了不同工况以及润滑参数下的轴承刚度变化特性。分析结果表明，弹流润滑产生的润滑油膜会使轴承综合刚度下降；随着外载荷的增大，赫兹刚度与油膜刚度均有所提升，轴承综合刚度提高；提升轴承预紧量有利于提高轴承综合刚度；随着转速的提升，轴承综合刚度呈下降趋势；润滑油动力黏度以及黏压系数的增大均使得轴承综合刚度下降。
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  行星线齿变速器基于装配误差的传动精度分析

  耿婷, 韦玉庭, 邓爱平, 丁江

  机械传动. 2021, 45(3): 104-110. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2021.03.018

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  针对一种以线齿轮为核心传动元件的行星线齿变速器，研究了装配误差对其传动精度的影响。介绍了该行星线齿变速器的结构组成及不同传动方案的特点，建立了轮系空间啮合坐标系，以及啮合时线齿行星轮、线齿太阳轮以及外线齿圈的参变量之间的定量关系；分析了外线齿圈与线齿行星轮之间以及线齿行星轮与线齿太阳轮之间的角度误差和位移误差的产生原因，并采用齿面接触分析方法（TCA），对行星线齿变速器的装配误差模型进行了数值分析。结果表明，在行星线齿变速器的装配中，绕水平轴旋转的角度误差、外线齿圈纵截面内的位移误差以及线齿行星轮横截面内的位移误差，对传动精度有较大影响。研究对该行星线齿变速器的设计和装配具有指导意义。
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  基于ANSYS Workbench的RV减速器随机振动分析

  谢松成, 杨荣松, 周青华

  机械传动. 2021, 45(3): 111-116. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2021.03.019

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  以RV减速器为研究对象，建立了RV减速器的三维模型，导入Adams中进行运动学仿真，得到了正齿轮的加速度；利用ANSYS Workbench求解得到RV减速器的固有频率，根据概率统计学分析技术推导功率谱密度函数；最后，将功率谱密度峰值提取后导入ANSYS Workbench的Random vibration模块作随机振动分析。该方法考虑了随机振动因素对机构应力以及安全裕度的影响，为处理RV减速器工作可靠性问题提供了一种新的方法。
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  一种新型可变驱动平面5R并联机构的分析与优化

  张宝磊, 刘光浩

  机械传动. 2021, 45(3): 117-126,146. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2021.03.020

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  针对并联机构不同驱动方式变换导致系统运行性能降低的问题，提出了一种具有9种驱动方式的新型平面5R并联机构。首先，基于5R并联机构的传动方案，建立了5R并联机构的运动学模型；其次，在矩阵正交度的基础上，定义了5R并联机构的运行性能指标，并根据指标要求评估了不同驱动方式下的运行性能；最后，基于图集法优化5R并联机构的尺寸，得到了5R并联机构的最佳几何参数和最佳执行方式变换图。结果表明，提出的运行性能评估指标和优化方法具有良好的普适性，构建的新型可驱动机构通过合理转换驱动方式，可显著地改善并联机构的运动性能。
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  单排串三排并联行星齿轮机构的传动方案分析

  刘晋霞, 刘磊, 王爱波

  机械传动. 2021, 45(3): 127-133. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2021.03.021

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  为有效降低整车油耗，研制传动比间隔合理的多挡四排行星齿轮机构（PGM）自动变速器（AT）传动方案成为新的趋势。基于杠杆法原理，在分析单排与三排并联PGM的输入、输出位置及接合元件布置形式的基础上，提出了由单排与三排并联PGM串联（简称为“单串三并”）的结构杠杆图；通过对“单串三并”转速线杠杆图的分析，根据AT的设计要求，筛选出5种合理的传动方案；根据接合元件工作情况与接合元件及挡位数进行对比，优选出最优传动方案。将该最优传动方案与克莱斯勒45RFE AT相对比，在45RFE AT的基础上增设1排PGM，即可设计出挡位数更多、性能更优的AT传动方案。与2个双排并联PGM串联形成的四排混联PGM AT传动方案相比，增加了2～3个前进挡位，降低了换挡控制的难度。
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  双摇杆假肢膝关节的运动学与动力学分析

  刘旭辉, 丁志娟, 罗启文, 简震, 张远方

  机械传动. 2021, 45(3): 134-139. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2021.03.022

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  膝关节是人体正常运动的重要部位。为了满足下肢截肢患者恢复正常运动功能的需求，设计了一款双摇杆机构的假肢膝关节。首先，建立了下假肢的简化模型，通过对模型的运动学分析，获得了相关关节角度、角速度、角加速度等参数。通过动态静力分析法对双摇杆的各个杆件进行动力学分析，最终得到输出阻尼力与驱动力矩之间的平衡方程。通过Adams仿真分析，得到了高度相似的膝关节瞬心轨迹和踝关节轨迹运动曲线对比图。结果表明，设计的双摇杆假肢膝关节具有良好的稳定性与仿生性，能够满足截肢患者的运动需求。研究为双摇杆假肢膝关节整体的结构设计、加工和实时控制提供了理论依据。
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  基于RBF神经网络的并联行星齿轮动态啮合力分析

  原霞, 郝晓华, 宋学文, 张建礼, 安钢

  机械传动. 2021, 45(3): 140-146. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2021.03.023

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  双电机混动车辆通过并联行星齿轮机构分配两侧动力，两排行星齿轮的啮合力相互影响，导致动载系数增大，振动激励增大。运用谐波分析法求得多个工况下啮合力频率比，以此建立RBF神经网络模型。对一定工况范围的啮合力进行网格化预测。对预测结果计算最大啮合力与动载系数，得知啮合力与转速比、输出转矩比减1的差值成正比，低速侧动载系数大于高速侧且可表示为其倍数或倒数的倍数关系。为双电机混动车辆动力学研究提供了理论基础。
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  一种8自由度空间机械臂运动学及工作空间分析

  杨凯, 黄晋英

  机械传动. 2021, 45(3): 147-152. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2021.03.024

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  针对太空环境，提出一种带有移动副的8自由度机械臂，可完成太空环境中的设备维修、物品抓取等工作。通过标准D-H参数法，推导了8自由度机械臂的位姿变换矩阵和正运动学方程；利用Matlab Robotics工具箱，建立机械臂的仿真模型，将仿真模型与机械臂运动学方程进行对比验证；采用蒙特卡罗法对机械臂工作空间进行求解，绘制了机械臂末端执行器的工作空间点云图；通过Matlab对机械臂进行轨迹规划仿真研究，绘制运动过程中各关节的位移、速度、加速度变化曲线，验证了机械臂结构设计的合理性，为后续的研究工作提供参考依据。
开发应用
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  GA-ACO优化BP神经网络在行星齿轮箱故障诊断中的应用

  高畅, 于忠清, 周强

  机械传动. 2021, 45(3): 153-160. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2021.03.025

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  针对目前利用优化算法改进的BP神经网络算法对行星齿轮箱进行故障诊断过程中存在的故障识别率低、收敛速度慢和参数选择困难等问题，提出了一种用GA-ACO算法对神经网络参数进行优化的算法。给出GA-ACO-BP算法的基本原理和主要步骤，并将此方法应用到行星齿轮箱的故障诊断中。比较了ACO-BP神经网络算法和GA-ACO-BP算法的性能。结果表明，ACO优化BP神经网络算法对行星齿轮箱的故障诊断收敛速度慢且识别精度不高，而GA-ACO-BP算法能够对行星齿轮箱故障进行准确、快速的诊断和识别。
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  RV减速器数字化设计平台

  许明辉, 李万莉

  机械传动. 2021, 45(3): 161-164,170. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2021.03.026

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  介绍了利用C#语言及SolidWorks二次开发技术对RV减速器数字化设计的关键技术和方法，深入研究了RV减速器参数化的过程，实现了从输入整体目标参数到零件具体参数的数字化过程，开发了RV减速器参数优化设计的CAD系统平台，并结合数据库实现对零件参数的管理。
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  基于TVF-EMD和TEO的滚动轴承微弱故障特征提取

  刘柯欣, 孙虎儿, 梁富旺

  机械传动. 2021, 45(3): 165-170. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2021.03.027

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  针对旋转机械转子振动信号通常伴随着强噪声，难以提取其有效信息的问题，提出一种基于时变滤波经验模态分解（Time varying filtering based empirical mode decomposition，TVF-EMD）和Teager能量算子（Teager energy operator，TEO）相结合的故障特征提取方法。首先，用TVF-EMD方法自适应地分解轴承振动信号，以获得一组本征模态函数（Intrinsic mode functions，IMFs）；然后，对分解结果进行峭度计算，并根据峭度最大准则选出峰度值最高的敏感分量；进而，利用Teager能量算子对选定的敏感分量进行解调处理，通过观察明显的周期性故障特征频率来实现轴承微弱故障特征提取。进行了仿真和实验，结果证明，该方法能有效实现轴承微弱故障的诊断。
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  模块化磁吸五指灵巧手结构设计与控制研究

  司成俊

  机械传动. 2021, 45(3): 171-176. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2021.03.028

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  针对目前五指灵巧手自由度低、拆装繁琐等问题，设计出一种模块化、易拆装、直驱式11自由度五指灵巧手。通过永磁铁实现手指关节间的快速拆装，每个手指关节至少有±90°转动范围；通过对大拇指转动角度的特殊设计，可实现灵巧手左/右手模式直接切换以及双侧同时抓取。通过3D打印制作了五指灵巧手样机。针对灵巧手多传感器造成控制系统复杂的问题，提出采用电流反馈控制算法，通过对电机驱动电流进行信号采集和后处理，建立了电流-转角-指尖力之间的数学模型，并进行了抓取实验。结果表明，设计的模块化灵巧手具有较强的抓取能力，并且通过电流反馈控制算法，可以实现对灵巧手运动状态和抓取力的控制，完成对目标物抓取操作。