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第1章 引言 1

1.1 引言 1

1.2 人手骨骼结构和欠驱动原理分析 2

1.2.1 人手骨骼结构和抓握方式的研究 2

1.2.2 欠驱动和耦合原理分析 3

1.3 仿人型欠驱动手发展综述 4

1.3.1 单自由度商业用手 4

1.3.2 键驱动的多自由度欠驱动手 5

1.3.3 连杆驱动的多自由度欠驱动手 8

1.4 如何阅读本书 10

1.5 小结和补充读物 11

参考文献 11

第2章 仿人欠驱动手的机构设计 14

2.1 引言 14

2.2 仿人机电一体化欠驱动手的设计方法和基本流程 14

2.3 仿人欠驱动手的总体结构 15

2.4 欠驱动手的手指设计 16

2.4.1 设计实例一：食指、中指、无名指、小拇指的设计 16

2.4.2 设计实例二：拇指结构设计 17

2.5 欠驱动三指联动机构设计 22

2.6 小结和补充读物 24

参考文献 25

第3章 仿人欠驱动手的驱动系统设计 26

3.1 引言 26

3.2 欠驱动手控制系统的设计方法 26

3.3 欠驱动手控制系统的设计实例 26

3.3.1 控制器系统结构 26

3.3.2 硬件实现与微处理器 27

3.3.3 电源系统 29

3.4 欠驱动手的驱动器系统 29

3.4.1 步进电机系统及其控制策略 30

3.4.2 直流电机系统及其控制策略 31

3.4.3 两类驱动器的性能比较 32

3.5 传感器系统的设计 33

3.5.1 基关节力矩传感器 33

3.5.2 基关节位置传感器 35

3.5.3 压力传感器 37

3.6 欠驱动手的集成和优化设计 37

3.7 小结和补充读物 39

参考文献 39

第4章 欠驱动手指的运动学、静力学分析 40

4.1 引言 40

4.2 欠驱动手指运动学分析的基本方法 41

4.3 欠驱动手指机构的实例分析 41

4.3.1 食指欠驱动连杆的分析 41

4.3.2 食指耦合连杆的分析 42

4.3.3 Adams仿真验证 45

4.3.4 拇指近指节空间连杆机构的运动学分析和仿真 46

4.4 欠驱动手指的静力学分析 49

4.5 欠驱动手指的动力学分析方法 52

4.6 欠驱动手指的动力学建模实例与仿真验证 53

4.6.1 手指的动力学建模实例 53

4.6.2 欠驱动手手指的动力学仿真与分析 60

4.7 小结和补充读物 66

参考文献 66

第5章 欠驱动作业手的实验设计 69

5.1 引言 69

5.2 欠驱动作业手的实验系统设计 69

5.3 欠驱动作业手的实例实验与分析 71

5.3.1 负载实验 71

5.3.2 适应性抓取实验 71

5.4 欠驱动手指静力学模型的实验验证方法 72

5.4.1 欠驱动手的基关节纯力控制 72

5.4.2 手指静力学模型验证实验 73

5.5 动力学模型的实验验证 75

5.6 小结和补充读物 76

参考文献 76

第6章 欠驱动手的动态轨迹跟踪与柔顺控制 78

6.1 引言 78

6.2 欠驱动手的计算力矩控制 78

6.2.1 欠驱动手的计算力矩控制方法 78

6.2.2 实例与实验分析 79

6.3 基于速度观测器欠驱动手动态控制 81

6.3.1 基于模型的速度观测器设计方法 81

6.3.2 基于速度观测器的计算力矩控制器实例 82

6.3.3 基于速度观测器的自适应控制器设计实例 83

6.4 欠驱动手的基关节阻抗力跟踪 86

6.4.1 基于位置的手指基关节阻抗控制 86

6.4.2 基于力矩的手指基关节阻抗力跟踪 87

6.4.3 阻抗力跟踪的实例 89

6.5 小结和补充读物 92

参考文献 92

第7章 欠驱动手的应用实例与分析 94

7.1 引言 94

7.2 服务机器人操作手 94

7.3 水下欠驱动作业手 96

7.4 仿生残疾人假手 99

7.4.1 假手的外观美化设计 99

7.4.2 肌电信号控制 100

7.4.3 抓取力感觉反馈 102

7.4.4 电池管理系统和蓝牙语音控制 103

7.5 加拿大的太空机械手 104

7.6 小结和补充读物 105

参考文献 105

附录 欠驱动手手指动力学表达式各参数 107