仿筐蛇尾耦合空间捕获手爪的设计与分析
李淑贤
喻仪殷
王汝贵
广西大学 机械工程学院,南宁 530004
摘要：[目的]针对非合作空间目标运动不可预测、形状不规则导致的传统刚性手爪依赖高精度定位且易夹持滑脱的问题,受筐蛇尾自适应闭合围捕机制启发,开发一种具备大工作空间、低捕获精度需求及高度模块化的单驱动多指节耦合空间捕获手爪.[方法]首先,基于交叉四杆机构与串联指节构建了手爪主干,并引入主干与分支间的链式联动传动机构,实现了单驱动下多关节的协调同步开合;其次,利用闭环矢量法对单指节进行了位置逆解分析,并结合Denavit-Hartenberg参数法建立了整指平面运动学方程;再次,通过雅可比矩阵行列式进行了全工作空间内部及边界处的奇异位形判定,并应用拼接法与高斯面积公式精确计算了不同构型参数下的手指可达工作空间;最后,采用光敏树脂3D打印制造了手爪物理样机,并搭建了单电动机集中驱动控制平台,对多类非合作典型几何体进行了笼式包络抓取试验验证.[结果]运动学仿真与试验结果表明,所设计的手爪在单一轴向推杆驱动下具备优异的形封闭包络能力.在输入关节角度范围内,优化后的手指参数可达空间范围显著扩大,样机能够实现对不规则六面体及复杂拓扑软质目标物的自适应稳定捕获,有效消除了滑脱风险,验证了该仿生手爪在空间碎片清理及在轨维修作业中的工程可行性.
关键词：仿生设计空间捕获手爪运动学分析工作空间
分类号：TP242(自动化技术及设备)
资助基金：国家自然科学基金(52465001)国家自然科学基金(U23A20175)
论文发表日期：2026-07-15
在线出版日期：2026-09-12（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：8( 77-84 )
英文信息