馈。该操作手结构比较复杂，力反馈接触点集中于操作者手指末端。由于主操作手单个手指具有的三个关节被关联起来，由一个电机驱动，因此整个主操作手只能跟踪人手的自然弯曲过程，且具有较高的耦合性。 1.2.2桌面型主操作手例说
（1）SensAble科技公司的PHANTOM系列是目前使用最多的触感交互装置，如图1.13所示。它其实是一个具有良好反向驱动能力的机器人臂。
图1.13PHANTOM触感交互装置
PHANTOM作为一种高精度的触觉交互设备，可以提供非常大的工作空间和反馈力，以及6自由度的运动能力。该装置只能提供类似一个手指的力反馈，缺少灵巧性，但它作为一个单指结构可以为多指触感交互装置提供设计思路。
（2）日本Keio大学的Ueda和Maeno研制了一种多指输入鼠标型主操作手，如图1.14所示。
图1.14多指输入鼠标型主操作手
该装置具有四个独立的手指结构，分别具有3个自由度，分别对应从手的四个关节(其中一个自由度对应从手两个关节)。利用杠杆原理，将直流电机的驱动力矩转换为施加在操作者手指上的力作用。结构简单、小巧，采用双向控制方法，实时地与从手进行位姿和力信息的交互。操作者可以像操作鼠标一样对其进行操作，无需承受主手自身重量，而且具有结构可调单元，可适应不同操作者的手掌。
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整体结构只采用了一种电阻式电位器作为角度传感器，而所受力反馈大小可由计算得出，省去了力传感器的使用，因此降低了结构复杂性。
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第二章 被动式力反馈主操作手设计
2.1主操作手设计任务
本设计设计了一种利用超声波电机驱动的各手指关节的主操作手。首先，对机械系统进行总体设计，明确每个部件单元的设计方案；然后，运用Pro/E对每个部件单元进行详细设计；最后，运用虚拟样机技术(ADAMS软件)对机械系统进行仿真分析，检验并改进设计方案。具体的工作流程如图2.1所示。
总体设计 确定各单元设计方案 （1） 详细设计 零件的设计和装配 （2） （3）改进 （3）改进 ADAMS仿真分析 静力学、动力学分析 （4） 确定设计方案 绘制装配图和零件图 图2.1设计任务流程图
该设计特点如下：
(1).各关节采用超声波电机驱动。
(2).具有五个输入端，对应人的五根手指。
(3).每根手指具有3个自由度，每个自由度都配有力反馈输出。
2.2被动式力反馈主操作手机械结构设计
在主从系统中，被动式力反馈主操作手(主手)主要作用为采集人手手指状态信息，通过处理器处理后，控制执行机构(从手)完成一定的任务，并提供力反馈。因此主手采集数据和力反馈的准确程度，直接影响到整个系统的控制精度。
在主手设计的过程中，考虑到总体性能及加工性能的要求，对主手提出以下设计原则：
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1能够准确测量人手关节转角 2实时提供力反馈
3操作者佩戴过程中，与人手不发生干涉 4结构简单，具有良好的加工性能
根据以上设计原则，综合各种因素，本文利用连杆机构作为主手基本骨架结构，通过连杆机构与关节处角度传感器计算操作者指尖位姿，进而反解操作者各关节转角，制动器实现力反馈目的。 2.2.1主手总体结构
主手设计的基本目的为准确测量操作者手指各关节角度，同时反馈执行机构所受力的作用。基于以上基本原则，本着结构简单，佩戴方便，加工性能良好等各种因素，本文所设计的主手采用连杆机构作为基本骨架机构，通过已知连杆机构与传感器所测量角度大小来计算主手指尖位姿，同时利用超声制动器与连杆的相互作用，实现力反馈的效果。主操作手由五个手指组成，分别为大拇指、食指、中指、无名指和小拇指，手指固定在底座上面，底座与人手背面相连接，主手指尖的套筒与操作者指尖相连接。当操作者做抓取动作时，主手跟随操作者运动。主手总体结构图如图2.2所示。
图2.2 五指主操作手结构图
2.2.2主手单手指结构设计
主操作手也是根据人手的模型进行设计的。由于人手的结构很复杂，将其进行一定的简化。食指、中指具有相同的运动学结构，而拇指的结构较为复杂，简
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