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鼠标形桌面主操作手的设计

作　者: 宁晓蕾
导　师: 孙志峻
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 主操作手结构设计位姿测量力反馈恒流源
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着科学技术的发展,仿人多指灵巧手作为一种灵活的末端抓持器有着越来越广阔的应用前景。本文基于遥操作对多指灵巧手的控制方法进行了研究。遥操作使用灵巧型触感交互装置作为载体,连接操作者和灵巧手,它具有多自由度且能够表达更多的信息。一般认为灵巧型触感交互装置即为具有力触觉的主操作手,它的两大主要功能是对操作者手指运动位置姿态的测量和力触觉反馈。本文设计了一种外形类似鼠标的桌面主操作手。首先对主操作手进行结构设计,并加工出物理样机。该主操作手放置于桌面上,具有5个手指,每个手指能够分别获取人手运动时三个关节的自由度;具备力传感机构,可以使操作者感受到抓取物体时指尖感受到的正压力,以及对物体表面材质粗糙度的感知。其次,为了使主操作手的功能更加完善,更加贴近人手的操作,需要在主操作手上配备位置传感器以及力传感器。对各种传感器的性能特点进行比较后,选择使用于本装置的传感器。同样,对主操作手的力驱动装置也进行了对比和选择。最后,对主操作手的硬件电路进行设计。设计了恒流源电路、采样电路以及电源电路等。恒流源电路用来驱动电机,可以精确地控制输出的反馈力。采样电路可以采集操作者的手指的位姿信息,控制从手的动作。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-17
  1.1 引言  10
  1.2 灵巧型触感交互装置  10-12
  1.3 国内外的研究现状  12-15
    1.3.1 穿戴型主操作手  12-14
    1.3.2 桌面型主操作手  14-15
  1.4 课题研究的目的与内容  15-17
    1.4.1 课题研究的目的  15-16
    1.4.2 课题研究的内容  16-17
第二章鼠标形主操作手的机械设计  17-32
  2.1 引言  17
  2.2 总体设计内容  17-19
  2.3 人手的结构分析  19-21
  2.4 主操作手的具体结构  21-24
  2.5 主操作手的设计参数  24-25
  2.6 主操作手的反馈力原理  25-29
    2.6.1 抓取物体时指尖正压力  25-27
    2.6.2 材质表面粗糙度的反馈力  27-29
      2.6.2.1 方案一：电流变液体  27-29
      2.6.2.2 方案二：电磁铁  29
  2.7 手指运动学  29-31
  2.8 总结  31-32
第三章鼠标形主操作手的传感和驱动系统  32-45
  3.1 引言  32
  3.2 机器人传感器的要求  32-38
    3.2.1 几种常用的位移传感器  33-34
    3.2.2 鼠标形主操作手的位置传感器  34-36
    3.2.3 几种常见的力传感器  36-37
    3.2.4 Flexiforce Sensor 测力传感器  37-38
  3.3 机器人的驱动技术  38-44
    3.3.1 电机驱动系统  39-43
      3.3.1.1 电机的分类  39-40
      3.3.1.2 直流电机的特性  40-41
      3.3.1.3 直流电机的选择依据  41-42
      3.3.1.4 Maxon 直流电机  42-43
    3.3.2 电磁铁的选择  43-44
  3.4 总结  44-45
第四章鼠标形主操作手的电路设计  45-57
  4.1 引言  45
  4.2 电源电路  45-46
  4.3 控制器  46-47
  4.4 电机驱动电路  47-54
    4.4.1 恒流源  47-48
    4.4.2 第一种恒流源电路  48-49
    4.4.3 第二种恒流源电路  49-50
    4.4.4 电路元器件的选择  50-51
      4.4.4.1 运算放大器  50
      4.4.4.2 场效应管  50-51
      4.4.4.3 采样电阻  51
    4.4.5 D/A 转换电路  51-52
    4.4.6 恒流源实验  52-54
  4.5 A/D 采样电路  54-56
    4.5.1 ADC0804 采样芯片  54-56
    4.5.2 实验结果  56
  4.6 总结  56-57
第五章总结与展望  57-59
  5.1 全文总结  57-58
  5.2 研究展望  58-59
参考文献  59-62
致谢  62-63
在学期间的研究成果及发表的学术论文  63

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