题目：仿人形灵巧手设计及抓持规划

机器人灵巧手的研究工作普遍认为始于上个世纪中期，其成为一项重要的研究内容，一方面在于工业自动化提出的要求，另一方面也是对医学领域仿人机械手的继承和发展。随着机器人应用领域的不断拓展，机器人灵巧手代替人手完成特殊条件下的操作任务，潜在着巨大的应用价值。本文研究工作从人手解剖学着手，建立人手运动学模型，以此为基础，提出了仿人形灵巧手设计方案并研制了物理样机，采用主从操作方式控制灵巧手工作，制定了基于数据手套的指尖点工作空间匹配抓持规划算法，并开发了电刺激模拟力反馈系统，为人手实时提供灵巧手与物体的接触力信息，最后，以仿真实验对上述内容加以验证。首先，根据“运动学结构相同则工作空间相同”的逆否命题，采用对比工作空间的方法判别人手指掌关节运动学结构，进而建立了合理的人手运动学模型。人手运动学模型为仿人形灵巧手设计及主从操作抓持规划算法制定奠定了理论基础，避免了因认识不清而误入歧途。其次，以人手运动学模型为基础，提出仿人形灵巧手设计方案，保持了人手主要抓持操作功能，并合理简化人手结构。在仿生人手指掌关节运动功能时设计了两自由度关节机构，有效地解决了手指与手掌的连接及两者间运动传递的问题，对实现灵巧手仿人形布局具有重要意义。接着，制定了基于指尖点工作空间匹配的灵巧手主从操作抓持规划算法，核心思想是将主从操作抓持规划看作是人手和灵巧手两工作空间的映射，即在灵巧手工作空间内寻找与人手指尖规划点相匹配的映射点。按照一致性原则建立人手和灵巧手的掌坐标系，对人手和灵巧手的相应手指工作空间做出匹配处理，通过上述方法避免了人手指尖规划点超出灵巧手工作空间造成无解的情况，并尽量保证灵巧手与人手具有操作一致性。然后，开发了电刺激模拟接触力反馈系统，为人手实时提供灵巧手与物体的接触力信息。依据人体感觉替代的原理，采用电流刺激人手的方法，模拟灵巧手与物体的接触力。在筛选电刺激信号参数、设计电刺激信号发生电路、制定灵巧手抓持力到电刺激信号变换算法及系统集成调试等多方面，都做出了有益的探索，得到了初步的结论。最后，在已有仿真实验系统基础上，增加电刺激模拟接触力反馈功能，并以此实验系统，通过仿真实验验证了上述各项研究内容。本文对建立机器人灵巧手抓持操作系统开展了较为全面的研究，取得了一些进展，为机器人灵巧手走向实际应用起到了一定的推动作用。但是，工作远非完善，仍有许多问题未及解决。