题目：模拟人手抓取动作的仿生手 构型设计方法研究

研制模拟人手抓取动作和操作功能的仿生手一直是人类一个亘古不变的梦想，也是目前机器人领域和仿生假肢领域的研究热点。迄今为止，已有大量的仿生手被研制出来，但在仿生手设计阶段，如何依据仿生手的抓取动作或操作功能确定仿生手的构型目前还是空白。针对该空白，本论文系统地研究了人手抓取动作的数学描述方法、仿生手抓取动作的分析方法、由人手抓取动作确定仿生手构型的方法、仿生手构型评价及选优策略等内容，从而提出了一套完整的模拟人手抓取动作的仿生手构型设计方法。

通过分析人手解剖结构和抓取接触特点，本文首先建立了人手接触模型，采用人手树图和关联矩阵对该模型进行数学描述。基于人手树图，采用抓取接触图和基本圈矩阵描述人手抓取动作。通过分解基本圈矩阵得到含有抓取动作关键信息的Bf12矩阵，并采用VF树图描述Bf12矩阵的非零列，从而实现了对人手抓取动作的数学描述。基于VF树图，采用定义的VF集实现了人手抓取动作和仿生手运动结构的集合描述。通过抓取动作VF集的并集运算描述组合抓取动作，通过抓取动作VF集的交集运算描述不同抓取动作之间的关系。此外，提出了一种通过判断仿生手运动结构VF集与抓取动作VF集的包含关系来分析仿生手抓取功能的方法，从而无需抓取实验即可判断仿生手的抓取功能。

基于人手抓取动作VF集，构造了一种由五指抓取动作列向量构成的抓取动作矩阵，由0、1元素构成的手指抓取动作列向量可描述手指运动类型。基于VFFE和VFAA的构型库，建立了由五指抓取动作列向量对应的手指构型列向量。提出了一种仿生手构型的矩阵表达及运动链表达的方法，并给出了六种经典仿生手的构型表达和运动链表达。基于组合理论，提出了一种由人手抓取动作确定仿生手构型的方法。

在此基础上，对握取、三指精确抓取和侧捏三种常用抓取动作分别建立了手指构型库，并进行了单一动作和组合动作的仿生手型综合研究。根据不同手指的运动类型，对握取动作、三指精确抓取动作、侧捏动作分别进行了VF集和矩阵描述以及对应的仿生手型综合研究，并对握取、三指精确抓取和侧捏的组合动作进行了VF集和矩阵描述及仿生手型综合研究。

针对具有全主动关节的仿生手构型评价及选优问题，构造了以抓取灵活性、构型复杂度和自由度数为评价指标的决策矩阵，并采用基于熵权改进的TOPSIS决策方法选出最优仿生手构型，并对四种经典仿生手和握取、三指精确抓取、捏取动作组合对应的十种仿生手构型进行了构型评价和选优验证，从而实现了根据抓取动作找到最优仿生手构型的研究目标。