李子扬　袁梦琦　张嘉洋　王钟慧　朱炫

摘要：对一种手指为单自由度结构的仿人形机械手进行了研究。在此基础上，设计了机械手的机械结构，进行了手指运动学分析与仿真;以单片机STM32F103作为主控器设计了控制系统。研究表明，设计的机械手各关节运动平稳，动作灵活，控制流畅，达到了预期的要求。

关键词：机械手;结构设计;控制系统

0 引言

如今工业机械手已经被大规模用于从事重复性高、任务繁重的工作，此类机械手的特点是工作环境较为固定，执行动作单一。但是，很多其他领域仍然需要人手才能完成任务，例如在农业生产、医疗、建筑工程、宇宙及海洋的开发等方面，需要依靠人手的灵活与人的决策，而工业机械手难以胜任。因此，人们迫切需要类似人手的多指灵巧机械手来完成上述作业[1]。

国外对仿人形机械手的研究比较早，目前已经取得了较多成果，比如Pisa/IIT Soft Hand机械手[2]、日本立命馆大学研究的机械手[3]、德国企业Ottobock设计的bebionic hand[4]等。而国内从20世纪70年代后期才开始对仿人形机械手展开研究，主要集中在一些高校和科研机构，例如清华大学的手势多变欠驱动（GCUA）机械手[5]和哈尔滨工业大学的HIT/DLR Ⅰ、Ⅱ多指灵巧机械手[6]等。尽管国内外学者已对仿人形机械手做了大量研究，但仿人形机械手还存在着一系列问题，例如价格昂贵，实时性不理想，设备笨重，多数处于研究阶段，市场化程度较低等，这些都制约了其在实际中的应用，使其未能大规模普及[1，7]。

本文提出的仿人形机械手采用单自由度结构，用5个电机分别对5个手指进行控制，并通过连杆式机构进行驱动;通过单片机控制舵机控制板实现统一发送指令控制舵机运动，并设计了上位机软件来控制仿人形机械手。……