助老助残机械手作为服务机器人重点研究方向,为行动不便的老年人以及残疾人在可能的范围内最大限度地恢复或代偿上肢功能,满足他们基本的生活自理需求。然而机械手在为老年人或是残疾提供服务过程中,却存在控制策略简单,不能规避障碍,可能存在使用安全隐患,且设备构型复杂,结构冗余,负重比小等一些列问题。本文以助老助残机械手作为研究对象,结合其构型特点,采用模型法对机械手进行了系统的分析与研究,主要内容包括:机械手构型的选择作为结构本体设计与分析的首要步骤,直接决定了机械手的性能,是机械手是否具有预定设计功能的基础和关键,选择机械手构型时,需综合考虑其自由度数目、自由度分布位置以及关节驱动方式等关键因素;基于机械手的构型特征,简化其物理模型,建立D-H参数模型,以此为依据建立机械手的运动学与动力学方程,进而对其运动学与动力学进行分析验证,得到各参数如何影响机械手的性能:对机械手正常工作时是否具有良好的动态性能,运用经典控制理论,建立机械手私服驱动系统以及机械系统的传递函数,分析机械手的伺服环节与机械传动系统的频率性能;运用三次多项式插值、五次多项式插值、三次B样条函数插值以及MATLAB机器人工具箱,对机械手在关节空间中的运动轨迹进行规划,以提高机械手实际运行中的控制精度。运用上述设计方法,得到的机械手构型良好,连杆参数合理,运行平稳,可满足预定设计功能要求。