基于仿生学机械手的设计与研究
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３ 结论
（ Ｍ）
表 ４ 各 类 建 筑 场地 的 覆盖 层 厚 度 与 建 筑 场地 类 别 划 分 表
应 用 土 层 等 效 剪 切 波 速 和 场 地 覆 盖 层 度 划 分 建筑场地类 别 ， 需 要经过钻孑 Ｌ 、 测 试 切 波 速 、 计算 土 层等 效 波 速 、 场 地 评 判 四 个过 程 。其 巾 切 波速 测 试结 果 的好 坏 需 要 依 赖 于 测 试 剪 切 波 速 仪 器 的 精 度 以 及环 境 条 件 ，进 行 建筑 场地 评 判 需 曩 做 好 类 别 评 判 的每 一 过 程 参 考 文 献 … 尚银 生 、 杨 进 堂． 土 层 等 效 剪 切 波 速 与 平 均 剪 切 波 速 对 比 分析 …， 山 西 建 筑， ２ ０ ０ ６ ． ３ ２ 《 ｌ ０ ） ： ７ ４ — ７ ５ ． Ｉ ２ １ 李 健、 郭恩， 建筑场地 类别划分方法的探 讨…， 山西 建 筑． ２ ０ ０ ９ ３ ５ （ ２ ） ： ８ １ — ８ ２ ． 作者 简介 ： 李 小 霞（ １ ９ ８ ８ ， ７ 一 ） ， 女， 江 西 上饶 ， 汉族， 江 西 应 用技 术职 业 学 院， 硕 士 研 究 生． 助教？ 地 球 物 探
科 技 论 坛
－ ９ｌ・
基于仿生学机械 手 的设 计与研 究
喻 璇 （ 湖 南 省 娄底 市 第三 中 学 ， 湖 南 娄底 ４ １ ７ ｔ ） ０ ０ ） 摘 要： 结 合 试验 ， 针 对 仿 生 学机 械 手 的设 计 与 研 究 进 行 了论 述 关键 词 ： 仿 生学 机械 手 ； 设计 ； 研究
覆盖 Ｊ 度
（ Ｍ）
场 地类别
２ ２ ７． ３５ ｌ ７ ２． ７６
ｌ ３ ． ３ ０
ｌ ３＿ ３ Ｏ
１ ５ ６０
Ｉ Ｉ
ＺＫ二
１ ５ ． ６ ０
・
９ ２・
科 技 论 坛
小问粗细组成 的 、 昕 以做手指要 由 ３ 种 不同粗细的管子安装为了 当中的力 学杠杆原理 和电学 中的 串 、 并连 电路 及电动机 ， 电磁 制动 找 合适 的 管 ， 我跑 了好 几家五金商店 ， 不单卖 且没有合适 的尺 等原理 。其中单 向弹性传 动结构是用连杆加上弹簧构成 的 指 ｒ 来制 作 ， 丁是 一 个 问 题摆 在 ＿ ｆ 我 的面 前 ： 没 有 合适 的 材 料 怎 么 办 ？ 向下 移 动 的 时 候 ， 如果接触 到杯子 ， 手 指将 不 会 再 继 续 下 移 而 啐 ｊ 是， 我 想 到 家卑 用 的 扫 把 的 杆 不 是 譬 ｝ ｛ 的 吗 ？ 我 调 查 ｒ一 下 ， 还 杯 子 ， 只是弹簧继续 【 太 １ 马 达 的 力而 向下 挤 ， 从 而 实现 握 住 杯 ｆ似 垃锌 ； 管！ 于 是代 决 定 买 一 拖 把 和 涨 杆 做材 料 、 我做 ¨ ｛ 了手 指 ， 安 并不会捏碎杯子 ， 从 完 成 握 杯 子 倒 水 的 动作 一 町 以使 手腕 转 动 的 装Ｉ Ｊ 电 磁铁 ， 于 市面上 没 有 现 成 的 电磁 铁 ， 我 就 找 了资 料 ， 自己 结 构 是 利 用 电 动 机 带 动 曲 柄 连 杆 和 转 角 限 位 结 构 组 成 的 ， Ⅱ 丁 以 使 腕 研究 Ｊ 电磁 铁 ． 芹博 ＿ ｒ 结构 后就 开 始 ｊ 制 作 、似是 通 电后 由 于 电 磁 部 自转约 ６ ０ 。转角。电磁制动的原理为 ： 当电动机通 电旋 转 ． １ 你 铁的 ｆ ｛ 身 鲢人， 电磁铁 ， 动铁 和衔 铁间隙 太人（ １ ０ ｍｍ） 凶此 吸力不 断 电 的 时 候 ， 电 动 机 的转 子 还 有 动 能 从 而 继 续 旋 转 ， 此 时 电 动 饥 变 够， 冉『 Ｊ 兀 ＿ Ｊ 指 位 弹 簧所 以吸 力不 够 ， 这 义是 一 个难 题 ， 于是 我 拿 成 了发 电机 。 这时候 ， 它 的动 能 转 变 成 了电 能 的形 式 继 续 旋 转 ， ｛ 导 符 指 去找 刮 了我 的指 导老 师 ： 陈 字 红 陈 老 师 听 后 说 ： ｌ ｌ １ 尔的 方 法 线把发 电的电能短路消耗掉时就是把动能消耗掉 ， 从而起 到制 动的 行． 考虑 其 它 的 动 力方 法 ” 于 是 我 的 第 二次 实 验 又以失 败 告 终 ， 作用 。 我 总结 ｒ教 圳 ， ７ 伴备 开 始第 ３ 次实验 。 手 指 部 分 是 采用 了 杠 杆 原 理 ， 就 拿 中指 来 说 ， 电 动 机 向下 转 ３ ． ２ ． ３做第 ３次实验 的时候 ， 我想到 了步进电机 ， 我们家 中就有 动时 ， 通 过曲柄连杆结构带动第 二 三 节 向下弯 曲， 手指的一 、 二节通 过 它 的 身影 ， 打 印机上 ， 空调Ｊ ： ， 它 的 优 点 就 是 在 于 你 想 让 它 转 多 少 杠杆 同步弯曲 ， 从 而使手指整体系统动作更加轻便 ， 灵活。 使 机械 手 度， 它就可以转多 少度 ， 我于是 去中关 村 去调查 了一下价 格 ， 发现， 看起来更具有人体手的灵动 ， 更加逼 真。 另外 ， 我在设计 的时候运 用 每 步进 电 机 １ ０ ０元 ，驱 动 器 ３ ０ ０多 元 还 需 要 控 制 器 ４ ０ ０多 元 ， 这 了我 们 在 课 堂 上 学 到 的旋 转 的 知 识 ， 以 及 一些 几 何 学 的 计 算 ， 来 精 样 的 话 每 个手指 配 齐 了需 要 大 约 １ ０ ０ ０多元 ，按 照 我 的设 计 做 整 个 确 的求 出手指的弯曲角度。 为了防止 电动机暴露在空气中进 入灰 ｆ需 要 ６个 电动 机 ，那 么 整 个 手 做 下 来 需 要 大 约 ６ ０ ０ ０多元 ，太 贵 而导致运 转不 正常 ，为次我用纸和糨糊糊制 了一个 手掌状 的保 护 ｒ！于 是我 的想 法 义 以失 败 告 终 。 罩， 这 样 使机 械手 既美 观 义实 用 。 ３ ． ２ － ４ 经 过 了几 天 的准 备 ， 我 又 开 始 了第 ４次 实 验 ， 既然 步进 电 机 械 手 一 号的 电 路 图 如 图 ５ 所 示 。它 采 用 双 电 源 结 构解 决 ｒ 机 的 这 个办 法 不 可 行 ， 我查 阅 了 网 站 ， 决 定 用 带 有 减 速箱 的 直 流 电 达 的换 向问 题 ， 同时 提 供 了强 劲 的 电 力 ， 零部件少 ， Ｔ 作 可 靠 机， 并 且 在 马达 法 蓝盘 搭 配 上 限 位 开
方 向
注： 表中 Ｖ ｓ系岩石的剪切波速 ； 覆盖层厚度根据《 建筑抗震设计规范） （ ＧＢ ５ ０ ０ １ １ — ２ ０ １ ０ ） 第４ １ ４条确定。
表 ５ 钻 孔位 置 场 地 类 别 判 别 表
孔ｌ ｊ 等效 切波速
Ｖ ｓ ｅ ０ ｎ ／ ｓ ）
ＺＫｌ
计算深 度 ｄ ｄ ｍ ）
３ 研 制 过 程
３ ． １模 仿 对 象 分 析 于 的结 构 包 括 腕 、 掌、 指 部 分 ． ． 腕 骨 构 成 ： ｒ － 掌的基部 ， 约似 椭 图 １ 图２ 圆形 ， 位 于 掌与前臂之 间， 它将 手掌 与前臂连接起来。 五根掌骨 ３ ． ２ ＿ ２于是 ， 我决定找一 种更轻便 的材 料 ， 来做第 二次实验（ 见 痢形 ， 指骨 【 ｆ １ 第 指最 Ｋ。除 拇 指 外 ， 均 南ｌ 二节 组 成 。 图２ ） 我采用 ｒ ｌ 管， 它 的 特 点 就 是 容易 制 作 且 轻 便 ， 手指 是 ｒ ｝ １ ３
１研 究 背 景 及 目的 ３ ． ２ 试 验 阶 段 人的 于是 一 个 高级 复杂 的人体 系统 工程 ，它 的体积虽然 很小， ３ ． ２ ． １我 从 ２ ０ １ ４年 就 开 始 研 究 这 个 项 目 ， 首先 ． 我 在 头 脑 中 构 但是可以 为人们做很多 事情， 具 有 活 动 自如 的 特 点 ， 是 人类 在 百 万 思 ＿ ｒ 最 原 始 的结 构 ： 南３ 个关节组成的手指 、 他 们 的运 动关 系 等 。 对 我 想 到 ｒ以 前 物 理 学 到 的 电磁 铁 ， 因 为电 磁 铁 结 构 简 年 的劳动 ｒ ｝ Ｉ 进化而来的。失去ｆ ． 不但会对人 的正常生活产生很 大 于动 力来 源 ， 的影响 ， 而 Ｈ对聋哑人而言 ， 冉也不能使用手语 Ｌ ｊ 人交流。 所以我要 单 ， 体积小 ， 便 丁操 作 、 然后 我 就 Ｆ 始了 ， 试 制模 型 ， 效果如罔 １ ， 它 是 皮肤 ” 的手 指 ， 手 指 的一 二节 利 用 了杠 杆 原 理 进 行 研制 出一种能够 与人手尺寸相 当 、 功能相 的人造 、 仿 真装置 。 在极 用 罐 头 盒 做 为 “ 大 的兴 趣 引 导 下 ， 我 开 始 了对 机 械 手 的研 制 。 弯【 ｛ ｆ Ｊ 运动。通 过笫一轮 的模型的试制 ， 我证 明了我 的想法方 向是正 确 的， 但 是 由于 是 用 罐 头 盒做 的 ． 接 头使 用 螺 丝 和 ｆ ｛ 攻 快 丝 且运 动 ２ 相 关检 索 在百 度 和 歌 查 找 主 题 词 ”五指 十 四 关 节 机 械 手 ”没 有 任 何 规律 成 问 题 ， 且 比较 粗 糙 。 参 号 资料 和 信 息 我 又到 学 校 附 近 的北 京 市 假 肢 矫 形 技 术 中 心 了解 剑他们 的产 ｕ １ ｆ ｆ １ 仃” 肌 电控制 Ｌ肢假肢 ” 。陔产 品的功能是 可以实 现手指 的 ｆ ｛ 动张开 、 闭合 和旋腕功能 。手的义肢均 ｍ 手指 每手指 “ １ 一 关节绀成 ； 只具有据 、 拿东两的功能。每只进 【 ］ 产品约 ９万 ， 罔 产产 品约 ２万 ． ． 综上所述 ， 本发 ｆ ｉ 月 是同内 创第 一 ， 且成本低廉
（ 转 下页 ）
表３ Ｚ Ｋ １和 Ｚ Ｋ ２的 有效 波速
４ Ｌ Ｕ ‘
等效 来自百度文库切波速
Ｖ ｆ ｓ ）
计 铬深度 ｄ 。 （ ｍ ）
覆
度
表 ４标 准 划 分 建 筑 的 场 地 类 别 ， 可判 断 Ｚ Ｋ ｌ 、 Ｚ Ｋ ２号 钻 孔 位 置均 为 Ⅱ类 ， 如表 ５ 。
（ Ｍ）
表 ４ 各 类 建 筑 场地 的 覆盖 层 厚 度 与 建 筑 场地 类 别 划 分 表
应 用 土 层 等 效 剪 切 波 速 和 场 地 覆 盖 层 度 划 分 建筑场地类 别 ， 需 要经过钻孑 Ｌ 、 测 试 切 波 速 、 计算 土 层等 效 波 速 、 场 地 评 判 四 个过 程 。其 巾 切 波速 测 试结 果 的好 坏 需 要 依 赖 于 测 试 剪 切 波 速 仪 器 的 精 度 以 及环 境 条 件 ，进 行 建筑 场地 评 判 需 曩 做 好 类 别 评 判 的每 一 过 程 参 考 文 献 … 尚银 生 、 杨 进 堂． 土 层 等 效 剪 切 波 速 与 平 均 剪 切 波 速 对 比 分析 …， 山 西 建 筑， ２ ０ ０ ６ ． ３ ２ 《 ｌ ０ ） ： ７ ４ — ７ ５ ． Ｉ ２ １ 李 健、 郭恩， 建筑场地 类别划分方法的探 讨…， 山西 建 筑． ２ ０ ０ ９ ３ ５ （ ２ ） ： ８ １ — ８ ２ ． 作者 简介 ： 李 小 霞（ １ ９ ８ ８ ， ７ 一 ） ， 女， 江 西 上饶 ， 汉族， 江 西 应 用技 术职 业 学 院， 硕 士 研 究 生． 助教？ 地 球 物 探
科 技 论 坛
－ ９ｌ・
基于仿生学机械 手 的设 计与研 究
喻 璇 （ 湖 南 省 娄底 市 第三 中 学 ， 湖 南 娄底 ４ １ ７ ｔ ） ０ ０ ） 摘 要： 结 合 试验 ， 针 对 仿 生 学机 械 手 的设 计 与 研 究 进 行 了论 述 关键 词 ： 仿 生学 机械 手 ； 设计 ； 研究
覆盖 Ｊ 度
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场 地类别
２ ２ ７． ３５ ｌ ７ ２． ７６
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１ ５ ６０
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科 技 论 坛
小问粗细组成 的 、 昕 以做手指要 由 ３ 种 不同粗细的管子安装为了 当中的力 学杠杆原理 和电学 中的 串 、 并连 电路 及电动机 ， 电磁 制动 找 合适 的 管 ， 我跑 了好 几家五金商店 ， 不单卖 且没有合适 的尺 等原理 。其中单 向弹性传 动结构是用连杆加上弹簧构成 的 指 ｒ 来制 作 ， 丁是 一 个 问 题摆 在 ＿ ｆ 我 的面 前 ： 没 有 合适 的 材 料 怎 么 办 ？ 向下 移 动 的 时 候 ， 如果接触 到杯子 ， 手 指将 不 会 再 继 续 下 移 而 啐 ｊ 是， 我 想 到 家卑 用 的 扫 把 的 杆 不 是 譬 ｝ ｛ 的 吗 ？ 我 调 查 ｒ一 下 ， 还 杯 子 ， 只是弹簧继续 【 太 １ 马 达 的 力而 向下 挤 ， 从 而 实现 握 住 杯 ｆ似 垃锌 ； 管！ 于 是代 决 定 买 一 拖 把 和 涨 杆 做材 料 、 我做 ¨ ｛ 了手 指 ， 安 并不会捏碎杯子 ， 从 完 成 握 杯 子 倒 水 的 动作 一 町 以使 手腕 转 动 的 装Ｉ Ｊ 电 磁铁 ， 于 市面上 没 有 现 成 的 电磁 铁 ， 我 就 找 了资 料 ， 自己 结 构 是 利 用 电 动 机 带 动 曲 柄 连 杆 和 转 角 限 位 结 构 组 成 的 ， Ⅱ 丁 以 使 腕 研究 Ｊ 电磁 铁 ． 芹博 ＿ ｒ 结构 后就 开 始 ｊ 制 作 、似是 通 电后 由 于 电 磁 部 自转约 ６ ０ 。转角。电磁制动的原理为 ： 当电动机通 电旋 转 ． １ 你 铁的 ｆ ｛ 身 鲢人， 电磁铁 ， 动铁 和衔 铁间隙 太人（ １ ０ ｍｍ） 凶此 吸力不 断 电 的 时 候 ， 电 动 机 的转 子 还 有 动 能 从 而 继 续 旋 转 ， 此 时 电 动 饥 变 够， 冉『 Ｊ 兀 ＿ Ｊ 指 位 弹 簧所 以吸 力不 够 ， 这 义是 一 个难 题 ， 于是 我 拿 成 了发 电机 。 这时候 ， 它 的动 能 转 变 成 了电 能 的形 式 继 续 旋 转 ， ｛ 导 符 指 去找 刮 了我 的指 导老 师 ： 陈 字 红 陈 老 师 听 后 说 ： ｌ ｌ １ 尔的 方 法 线把发 电的电能短路消耗掉时就是把动能消耗掉 ， 从而起 到制 动的 行． 考虑 其 它 的 动 力方 法 ” 于 是 我 的 第 二次 实 验 又以失 败 告 终 ， 作用 。 我 总结 ｒ教 圳 ， ７ 伴备 开 始第 ３ 次实验 。 手 指 部 分 是 采用 了 杠 杆 原 理 ， 就 拿 中指 来 说 ， 电 动 机 向下 转 ３ ． ２ ． ３做第 ３次实验 的时候 ， 我想到 了步进电机 ， 我们家 中就有 动时 ， 通 过曲柄连杆结构带动第 二 三 节 向下弯 曲， 手指的一 、 二节通 过 它 的 身影 ， 打 印机上 ， 空调Ｊ ： ， 它 的 优 点 就 是 在 于 你 想 让 它 转 多 少 杠杆 同步弯曲 ， 从 而使手指整体系统动作更加轻便 ， 灵活。 使 机械 手 度， 它就可以转多 少度 ， 我于是 去中关 村 去调查 了一下价 格 ， 发现， 看起来更具有人体手的灵动 ， 更加逼 真。 另外 ， 我在设计 的时候运 用 每 步进 电 机 １ ０ ０元 ，驱 动 器 ３ ０ ０多 元 还 需 要 控 制 器 ４ ０ ０多 元 ， 这 了我 们 在 课 堂 上 学 到 的旋 转 的 知 识 ， 以 及 一些 几 何 学 的 计 算 ， 来 精 样 的 话 每 个手指 配 齐 了需 要 大 约 １ ０ ０ ０多元 ，按 照 我 的设 计 做 整 个 确 的求 出手指的弯曲角度。 为了防止 电动机暴露在空气中进 入灰 ｆ需 要 ６个 电动 机 ，那 么 整 个 手 做 下 来 需 要 大 约 ６ ０ ０ ０多元 ，太 贵 而导致运 转不 正常 ，为次我用纸和糨糊糊制 了一个 手掌状 的保 护 ｒ！于 是我 的想 法 义 以失 败 告 终 。 罩， 这 样 使机 械手 既美 观 义实 用 。 ３ ． ２ － ４ 经 过 了几 天 的准 备 ， 我 又 开 始 了第 ４次 实 验 ， 既然 步进 电 机 械 手 一 号的 电 路 图 如 图 ５ 所 示 。它 采 用 双 电 源 结 构解 决 ｒ 机 的 这 个办 法 不 可 行 ， 我查 阅 了 网 站 ， 决 定 用 带 有 减 速箱 的 直 流 电 达 的换 向问 题 ， 同时 提 供 了强 劲 的 电 力 ， 零部件少 ， Ｔ 作 可 靠 机， 并 且 在 马达 法 蓝盘 搭 配 上 限 位 开
方 向
注： 表中 Ｖ ｓ系岩石的剪切波速 ； 覆盖层厚度根据《 建筑抗震设计规范） （ ＧＢ ５ ０ ０ １ １ — ２ ０ １ ０ ） 第４ １ ４条确定。
表 ５ 钻 孔位 置 场 地 类 别 判 别 表
孔ｌ ｊ 等效 切波速
Ｖ ｓ ｅ ０ ｎ ／ ｓ ）
ＺＫｌ
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３ 研 制 过 程
３ ． １模 仿 对 象 分 析 于 的结 构 包 括 腕 、 掌、 指 部 分 ． ． 腕 骨 构 成 ： ｒ － 掌的基部 ， 约似 椭 图 １ 图２ 圆形 ， 位 于 掌与前臂之 间， 它将 手掌 与前臂连接起来。 五根掌骨 ３ ． ２ ＿ ２于是 ， 我决定找一 种更轻便 的材 料 ， 来做第 二次实验（ 见 痢形 ， 指骨 【 ｆ １ 第 指最 Ｋ。除 拇 指 外 ， 均 南ｌ 二节 组 成 。 图２ ） 我采用 ｒ ｌ 管， 它 的 特 点 就 是 容易 制 作 且 轻 便 ， 手指 是 ｒ ｝ １ ３
１研 究 背 景 及 目的 ３ ． ２ 试 验 阶 段 人的 于是 一 个 高级 复杂 的人体 系统 工程 ，它 的体积虽然 很小， ３ ． ２ ． １我 从 ２ ０ １ ４年 就 开 始 研 究 这 个 项 目 ， 首先 ． 我 在 头 脑 中 构 但是可以 为人们做很多 事情， 具 有 活 动 自如 的 特 点 ， 是 人类 在 百 万 思 ＿ ｒ 最 原 始 的结 构 ： 南３ 个关节组成的手指 、 他 们 的运 动关 系 等 。 对 我 想 到 ｒ以 前 物 理 学 到 的 电磁 铁 ， 因 为电 磁 铁 结 构 简 年 的劳动 ｒ ｝ Ｉ 进化而来的。失去ｆ ． 不但会对人 的正常生活产生很 大 于动 力来 源 ， 的影响 ， 而 Ｈ对聋哑人而言 ， 冉也不能使用手语 Ｌ ｊ 人交流。 所以我要 单 ， 体积小 ， 便 丁操 作 、 然后 我 就 Ｆ 始了 ， 试 制模 型 ， 效果如罔 １ ， 它 是 皮肤 ” 的手 指 ， 手 指 的一 二节 利 用 了杠 杆 原 理 进 行 研制 出一种能够 与人手尺寸相 当 、 功能相 的人造 、 仿 真装置 。 在极 用 罐 头 盒 做 为 “ 大 的兴 趣 引 导 下 ， 我 开 始 了对 机 械 手 的研 制 。 弯【 ｛ ｆ Ｊ 运动。通 过笫一轮 的模型的试制 ， 我证 明了我 的想法方 向是正 确 的， 但 是 由于 是 用 罐 头 盒做 的 ． 接 头使 用 螺 丝 和 ｆ ｛ 攻 快 丝 且运 动 ２ 相 关检 索 在百 度 和 歌 查 找 主 题 词 ”五指 十 四 关 节 机 械 手 ”没 有 任 何 规律 成 问 题 ， 且 比较 粗 糙 。 参 号 资料 和 信 息 我 又到 学 校 附 近 的北 京 市 假 肢 矫 形 技 术 中 心 了解 剑他们 的产 ｕ １ ｆ ｆ １ 仃” 肌 电控制 Ｌ肢假肢 ” 。陔产 品的功能是 可以实 现手指 的 ｆ ｛ 动张开 、 闭合 和旋腕功能 。手的义肢均 ｍ 手指 每手指 “ １ 一 关节绀成 ； 只具有据 、 拿东两的功能。每只进 【 ］ 产品约 ９万 ， 罔 产产 品约 ２万 ． ． 综上所述 ， 本发 ｆ ｉ 月 是同内 创第 一 ， 且成本低廉
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表３ Ｚ Ｋ １和 Ｚ Ｋ ２的 有效 波速
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表 ４标 准 划 分 建 筑 的 场 地 类 别 ， 可判 断 Ｚ Ｋ ｌ 、 Ｚ Ｋ ２号 钻 孔 位 置均 为 Ⅱ类 ， 如表 ５ 。