基于变胞理论的欠驱动多指节灵巧手指的构态分析

基于变胞机构理论,提出了一种新的分析欠驱动多指节灵巧手指的方法,定义了欠驱动二指节灵巧手指抓取过程的3个构态,并通过邻接矩阵建立了各构态之间转换的关系方程,从而从根本上解释了灵巧手指的欠驱动原理,为欠驱动灵巧手的机构设计及控制规划提供了理论指导。建立了欠驱动二指节灵巧手指的运动学方程,分构态分析了灵巧手指的运动学特性,结果表明欠驱动灵巧手指运动中构态间变换的平顺性非常重要,并相应提出了两种设计方案。提出的构态分析法在欠驱动三指节或多指节灵巧手指的分析中同样适用。     

基于机构运动平稳的灵巧手手指优化设计

根据灵巧手运动过程中的实际要求,确立四杆机构的形式,并对其进行数学建模。利用遗传算法对机构进行优化设计。四连杆机构的优化目标就是在满足手指运动规律的基础上,使末端指节运动平稳,起点和终点加速度的数值尽量小。根据优化结果最终确定四杆机构的尺寸。结果表明,稍微改变一个参数,运动的平稳性会发生很大的变化,因此对四杆机构进行基于运动平稳的优化分析是至关重要的。     

多指灵巧手复合驱动系统的研究

针对传统驱动方式中电机驱动系统的结构复杂、液压驱动系统的体积庞大、气压驱动系统的控制困难等问题,提出一种新型复合驱动系统,该系统由微型盘式无刷直流电机和温控记忆合金弹簧驱动,将复合驱动系统用于仿人多指灵巧手手指的驱动,简化灵巧手的整体结构,优化控制方式。探究记忆合金弹簧的回复力与工作行程的关系,分析指节间位姿变换关系和抓取物体时影响指节接触力大小的因素,利用滑模PID智能控制策略控制手指的运动,使灵巧手的控制效率得到提高。对多指灵巧手模型仿真,验证运动的合理可行,为复合驱动系统的进一步研究提供了基础。     

基于手掌拱形的TJU/KCL灵巧手参数优化设计

结合解剖学和生物力学中对人手的研究成果,完成了对变胞仿人灵巧手机构参数的优化设计。本文将人类手掌的掌弓和衡量掌弓的运动学横向拱形的概念应用于TJU/KCL灵巧手的运动分析上,以此为基础建立了变胞灵巧手与人手在抓取运动上的联系;建立TJU/KCL灵巧手的机构模型,以最大化与人手相似的抓取姿态为目标函数,采用遗传算法,实现了变胞灵巧手的参数优化。通过手掌的变胞运动,优化后的灵巧手能实现多个与人手相似的抓取姿态,突出了手掌的可变性和灵巧手的仿人性。     

基于单开链叠加法的欠驱动手指结构类型综合

以表述机构关联特性的拓扑图为基础,引入单开链叠加的方法,即依次将单开链两端的运动副联接在已有运动链的构件上以得到完整的运动链拓扑图,从而为机构类型综合提供研究方法。利用引入的单开链叠加法对欠驱动三指节手指机构进行运动链的生成,分别综合了三自由度及二自由度手指机构的运动链结构类型,并从中优选出一部分拓扑图,进而反推出一些可行的新型手指机构,为欠驱动灵巧手手指提供更多机构类型。     

一种灵巧操作手设计与分析

大多数操作手只能实现简单的捏、夹、握功能,和人手的高度灵巧性相比,还存在较大的差距.本文从人手仿生学的角度出发,提出了一种仿拇指与食指操作物体运动特性的灵巧操作手设计.首先,基于对人手操作物体旋转运动特性进行分析,设计出一种具有柔性结构的手掌以及能对物体进行旋转操作运动的灵巧性操作手,对其工作原理进行了阐述,然后,根据灵巧操作手一具体设计实例,分析了其对不同形状物体的抓握能力,最后,分析了灵巧操作手抓取物体并进行旋转操作运动的灵巧性能,为灵巧操作手的发展及应用提供了重要技术参考和研究思路.     

仿人灵巧手的结构设计与单指的控制策略

基于机电一体化设计思想和最新的驱动技术,通过分析人体解剖学,针对人类手掌的外形结构、驱动形式以及运动规则,利用仿生学原理设计了一种仿人五指灵巧手。该灵巧手有5个手指,11个自由度,在外观和功能上接近人手;除拇指外其余四指采用模块化设计从而简化了灵巧手的机械结构设计过程,增强了互换性和可靠性。该灵巧手在结构上是人手的1.5倍,手指具有位置、力/力矩以及关节角度的感知功能。通过气动人工肌肉驱动,利用C8051F040单片机对灵巧手指进行控制,采用PID控制算法实现对手指各个关节的位置反馈控制。     

基于套索传动的五指灵巧手设计与主从控制

为了使灵巧手更加轻质化、拟人化,设计了一种由舵机经套索驱动的19关节灵巧手。参照人手关节确定灵巧手的构型,通过套索传动实现了关节解耦与驱动后置,并分别对关节机构与驱动集成进行了设计。建立灵巧手多指运动学模型并对其工作空间进行了分析;基于弯曲传感器与主从映射算法实现了抓取的主从跟踪控制。搭建灵巧手样机并进行关节运动实验与抓取控制实验。实验结果表明,将套索传动应用于灵巧手具有可行性,基于主从控制可以实现灵巧手对多种物体的抓取。     

面向太空碎片抓取的人工卷绕纤维驱动3指灵巧手设计

针对太空碎片抓取任务对抓捕机构的工作空间及灵活性等方面的要求,设计出1种采用人工卷绕纤维驱动的串并混联3指灵巧手。通过对手指的运动学分析,确定了每只手指的运动空间,并根据雅克比矩阵,采用条件数研究了其灵巧工作空间。利用人工卷绕纤维的温度-应变数据,设计出其温度控制模型。经计算验证,该灵巧手具有较大的工作空间及良好的灵活性,可以满足太空碎片抓取任务对抓捕机构的诸多要求。     

一种新型欠驱动拟人机械手的设计

设计了一种新型的高欠驱动集成化拟人机械手.仿人假肢手由4个电机驱动15个关节,其中食指和中指由一个电机通过安装在掌部的小型齿轮齿条差动机构驱动,无名指和小指分别由一个电机各通过一个安装在掌部的小型齿轮齿条差动机构驱动,拇指由两个独立电机驱动.手指采用了弹性交叉四连杆机构实现欠驱动控制,该手对于不同的抓取物体具有良好的形状适应性,且在部分手指运动受限的情况下具确理想的力分配特性.实验结果表明,该仿人假肢手可在肌电控制接口的控制下实现仿人灵巧操作.     

新型灵巧手指驱传动方式的研究

机械灵巧手指的驱传动方式是灵巧手设计的难点，目前常用的绳索滑轮方式存在着传递刚性不足等问题。设计了一种基于闭式链连杆机构的灵巧手指，可以有效地传递关节动力，而且能够提供刚性传递；分析了机构的自由度和运动学；分析了闭式链传动机构的零点设置对机构不定位形的影响，并进行了机构三维模型的建立和运动仿真；运动仿真结果表明机构在需要的工作空间下无干涉现象，运动性能良好。     

基于并联手指结构的多功能灵巧手的设计与研究

为满足工业生产对机器人末端夹持器灵巧性和承载能力的要求，设计了一种基于并联手指结构的多功能灵巧手。对手指机构的运动学、工作空间、奇异性进行了分析，对灵巧手的承载能力进行优化，并通过ADAMS仿真进行了验证。样机实验说明灵巧手具有理想的工作空间和较好的自适应性，可以实现对不同形状物体的随形抓取，适应柔性化工业生产的要求。     

水下灵巧手的结构优化及控制系统设计

设计了3指水下灵巧手及其防腐密封结构,对结构参数进行了优化设计.基于CAN总线构建了灵巧手控制系统.根据优化设计结果研制了3指水下灵巧手原理样机,测试结果表明,该灵巧手可灵活抓取多种复杂表面的物体,部分代替人工水下作业.     

灵巧节能的单自由度仿真机械手驱动机构设计

为解决机器人自动装配、医学康复断指再造等多接触抓取装置驱动元件多,结构复杂且笨重的问题,设计了一种灵巧节能的单自由度仿真机械手的驱动机构,推导了各指节间的运动关系方程,利用ADAMS建立了其参数化仿真模型,分析了特定构件尺寸的机构运动轨迹与人手抓取轨迹的差距,进而提出满足人手抓取轨迹、驱动力矩小、各构件尺寸小的驱动机构的优化数学模型,经NSGA-II算法获得与人手抓取轨迹相差无几的多个最优方案,并用参数化模型进行了验证。设计结果表明,所提出的驱动机构仅需一个驱动元件即能实现手指各关节的灵巧运动,且结构尺寸小,满足节能环保的要求,是仿真机械手设计的新尝试。     

手指关节可独立控制的欠驱动灵巧手

为了实现对物体的精准抓取,针对欠驱动灵巧手手指关节转动不可控问题提出一种新颖的关节可锁紧的单腱欠驱动灵巧手的设计方案,完成了灵巧手关节锁紧机构和指间耦合机构的结构设计,并运用Matlab对灵巧手手指工作空间进行仿真。对关节锁紧机构和指间耦合机构动作起到关键作用的耦合弹簧和复位弹簧进行了设计,对影响关节驱动力矩的参数优化分析,得到优化后的手指传动机构和腱绳张紧机构。通过灵巧手样机对不同形状、大小物体的抓握试验,证明本欠驱动灵巧手可实现手指关节锁紧的动作,具有良好的包络抓握能力和较强的精确抓取能力。     

机器人灵巧手手指耦合传动机构的研究

根据灵巧手传动的实际要求 ,对连杆耦合传动机构进行建模 ,优化设计连杆机构的参数 ,设计了传动误差很小的耦合传动机构 ,近似实现 1∶1传动。     

推拿灵巧手的设计及其位置分析与仿真

为了提高推拿机器人的自动化程度,完成了多自由度推拿灵巧手的结构设计和运动学分析。该灵巧手含有食指、中指、无名指和大拇指4只手指,每个手指拥有指掌和指指两个关节,食指、中指、无名指3只手指的两个关节分别联动,使得本灵巧手共4个自由度。此外,本灵巧手创新性地采用了曲柄摇杆机构驱动指指关节,有利于提高捏法操作中运动的连续性和周期性,避免电机的频繁换向,延长电机的使用寿命。利用MATLAB的数值分析和ADAMS运动仿真功能,验证了本灵巧手实现捏法操作的运动性能。     

SHU-II五指仿人灵巧手的运动学及抓取分析

根据人手结构设计一种五指仿人灵巧手。该灵巧手共有5根手指,总计16个自由度。灵巧手的手指关节虚拟化,手指更加轻量。灵巧手采用欠驱动方式,并将驱动系统内置,整体结构集成度高,易于安装到不同的机械臂平台。在理论研究上,通过齐次变换矩阵得到灵巧手的运动学模型,进而得到五指的运动轨迹,并进而对灵巧手控制策略进行探讨,之后对灵巧手进行手势与抓取实验,实验表明灵巧手能完成夹、捏、握等10种动作。把灵巧手应用在不同的机械臂平台上,验证了灵巧手的抓取范围广及其在不同环境下的抓取能力。     

闭式链灵巧手指机构的设计与分析

对于机械灵巧手的手指机构,针对传统传动方式腱传动具有传递刚性不足的缺点,提出了一种闭式链连杆传动的灵巧手指机构,分析了该闭式链的机构组成和闭式链连杆传动的特点,研究了手指机构的运动学,最后对新机构进行了运动仿真。结果表明:这种新型的手指机构在需要的工作空间内无干涉现象,运动性能良好。     

机器人灵巧手手指耦合传动机构的研究

根据灵巧手传动的实际要求，对连杆耦合传动机构进行建模，优化设计连杆机构的参数，设计了传动误差很小的耦合传动机构，近似实现1：1传动。