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图3.3 远指节
图3.4 中指节
图3.5 近指节
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3.2.2 手指关节间连接机构的设计
手指关节的连接是整个手指能协调运动的关键，为此，我采用各种试验方法，最终我采用了圆形钢管连接，并在钢管上安装一个小滑轮，使得手指各关节的连接更加紧凑。加一个小滑轮还有一个好处，就是能让钢丝绳拉得更加方便协调。制作模型如图3.6。
图3.6 小滑轮机构
3.2.3 手掌的结构设计与制作
手掌的作用就是用来连接五个手指，使其有一定的位置布局。另外，几乎整个驱动系统与控制电板都要安装在手掌中。
为了使五个手指的布局更接近于人手，我仿照真人的手掌形状设计了一个机械手掌，这个手掌比真人手掌的表面积要大些，为的是更适合手指的安装与连接和驱动系统以及控制电板的合理布局。最终我设计了如图3.7所示的手掌模型。
图3.7 手掌
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在制作手掌的过程中，我遇到了一系列的问题。首先就是选材问题，手掌的功能就是装载，所以需要有一定的容积，考虑到控制面板的大小还有舵机以及电源的放置，手掌的材料要有一定的硬度，并且很容易成型，最终我选择了有一定厚度的铝塑板。其次，手掌的外部结构比较复杂，它的一端要用来连接手指，另一端还要有一定的表面积来支撑整个手在平面上的稳定伫立。最后我采用了比较简单的矩形模块，使得以上问题有所改善。
运动过程简述为：机器手抓握时5手指处于张开状态，5个手指靠5个舵机驱动实现抓握。当决策与控制系统判断出有抓紧需要时，发出指令让机器手实现抓握动作。抓握动作时动作参数设置有：抓握准备、抓握、保持、放开、恢复原来放松状态。它是利用电能转化为两根相互牵制拉扯手指的钢丝绳的伸缩机械能使手指在一个平面内运行；利用电能驱动连杆转化为机械能，使得手指可以相互运动，与前者结合实现各手指间的三维运动。机器手由5个可弯曲的手指机构和一个手掌机构连接而成。每个手指均为一个自由度，分别由一个电机驱动；拇指与食指、食指与中指、中指与无名指、无名指与小指之间有耦合机构，分别由一个电机驱动。拇指为两截运动串级耦合组成，其余四指为三节串级耦合组成。四个手指区别在于类人手长短不同，可以对非规则物体实现握、拿、捏、夹等动作。电源可以外接。
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4. 关键结构（零部件）设计与分析
这一章我开始进行方案一的灵巧手的设计，虽然FRJ-12从外形上看起来没FRJ-11这么仿人化，但是拥有侧摆关节却让它在性能上更加仿人化。
4.1 手指机构设计
FRJ－12的手指机构如图4.1所示，共有3个手指，11个自由度。如前所述，拇指有3个自由度，可实现1个侧摆运动和2个屈曲运动，在图中表示为3个独立的关节，分别为关节1，关节2和关节3。其中关节1与关节2的回转轴线垂直，关节2与关节3的轴线平行。其余两根手指分别相当于食指和中指，它们结构相同，都具有4个自由度。可实现1个侧摆运动和3个屈曲运动，在图中表示为4个独立的关节，分别为关节1，关节2，关节3和关节4。其中关节1与关节2的回转轴线垂直，关节2，关节3和关节4的轴线均平行。3根手指的各个关节均为独立运动的关节，分别由电动机通过柔性绳来驱动。
中指关节4食指拇指关节3关节2关节1关节2关节1图4.1 FRJ-12灵巧手手指结构
关节3
4.1.1 拇指机构运动学分析
拇指为3关节手指机构，每个关节有1个自由度，分别实现手指的侧摆和两个屈曲运动。手指机构的侧摆轴与屈曲轴垂直，所以此手指机构为侧摆型手指机构。下面对该手指
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机构进行运动学分析。 （1） 正运动学
下面给出关节角与指尖位置的关系，采用D-H法建立各指节的坐标系。如图4.2所示，
x0y0z0为定坐标系，其他为动坐标系，各指节长度分别为a1,a2,a3各关节转角分别为,n1,n2,n3,指尖在坐标系中的位置坐标为?x,y,z?, 对应的D-H参数见表4-1。
x2z3a3x3
n3n2y3x1a2y2z1y1a1x0n1z0y0图4.2 3关节手指（拇指）机构简图及坐标系
表4-1 3关节手指（拇指）机构D-H参数 关节号 1 2 3 杆号 1 2 3 ai/㎜ a1 a2 a3 di/㎜ 0 0 0 ?i?1/ (°) 0 -90 0 ni/(°) n1 n2 n3 对于该手指机构，各坐标间的齐次变换矩阵分别为：
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