随着机器人技术的快速发展,智能助残机器人的研究越来越受到重视,机器人的应用也逐渐从工业生产向家庭生活和服务业渗透。在“国家自然科学基金”的支持下,本文研制出安装在多功能助残轮椅上的机械手样机。基于仿真和实验,对机械手的运动学、工作空间和激振特性进行研究,分别应用样条函数和组合正弦函数对机械手的运动轨迹进行规划。全文的主要研究内容如下:(1)基于D-H坐标法和齐次变换,建立了机械手的运动学模型,并求解了其正解和逆解。利用MATLAB软件分析了机械手正运动学和逆运动学仿真,并通过求解任意角处的运动学正解验证了数学模型的正确性。基于几何法和蒙特卡洛法分析了机械手的工作空间,并通过实验进行了验证。(2)综合考虑机械手的主要功能,分别对机械手的结构和控制进行设计。在多次验证设计方案和三维模型的基础上,对机械手进行样机模型制作。最后,通过实验和仿真分析,优化出最合理的结构模型。(3)基于机械手的主要参数,规划机械手的运动轨迹,分别使用三次样条、五次样条和组合正弦函数进行轨迹规划,并对比三种规划方案。考虑到机械手使用的一般性,在组合正弦函数的基础上,完成非对称组合正弦函数的轨迹规划。(4)利用机械手的三维模型,对机械手进行模态分析,分别求解了机械手大臂、小臂、手爪和整体结构的固有频率和各阶振型。设计实验,对机械手的激振特性进行了测试分析,与仿真结果相互验证。(5)分析机械手的多功能技术,本文中设计了机械手的避障模块和语音控制模块,使机械手更智能化、人性化。最后对本文设计的机械手进行实验分析,验证了机械手的负载能力和手爪行程,同时开展了机械手的喂汤实验,验证了本文设计的多功能助残轮椅机械手完成任务的能力。