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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