DLR/HIT机器人灵巧手手指位置控制的研究

手指的位置控制是灵巧手进行力控制和多指协调等操作的基础。针对DLR／HIT灵巧手手指,首先建立了手指的坐标系,划分了层次化的手指控制空间。基于驱动空间的滑膜位置控制器和轨迹规划算法,设计和实现了关节空间及笛卡尔空间的手指位置控制策略。     

五指仿人机器人灵巧手DLR/HIT Hand II

基于机电一体化设计思想和最新的驱动技术,研制DLR/HIT II仿人灵巧手。该灵巧手由5个相同结构的模块化手指和1个独立的手掌构成,每个手指有4个关节、3自由度,所有的驱动器和电路板均集成在手指或手掌内。采用新型的体积小输出力矩大的盘式无刷直流驱动电动机、质量轻的谐波减速器、齿形皮带等的驱动传动方案,使手指的体积和质量得到显著减小;采用钢丝耦合传动方案,实现手指末端两个关节的1:1耦合运动;手指具有位置、力/力矩、温度等多种感知功能。层次化的灵巧手硬件结构由手指电气系统、手掌电气系统和PCI总线控制卡等组成,灵巧手具有点对点串行通信、CAN以及网络等多种通信接口。在灵巧手的外观设计中,将外观设计与灵巧手的本体设计融为一体,实现灵巧手与人手相近的体积和外观。5指灵巧手的质量为1.5 kg,手指的指尖输出力10 N。     

HIT/DLR灵巧手单手指的阻抗控制

应用指尖六维力矩传感器,实现了单手指的基于位置的笛卡尔阻抗控制,根据指尖力/力矩传感器提供的力信息,按照目标阻抗模型修正手指的参考位置,利用内环的位置控制器使手指跟踪期望轨迹.     

DLR/HIT仿人机器人灵巧手的设计

基于对人手结构及功能的分析，提出了仿人机器人灵巧手的设计依据，并以此为目标设计了DLR／HIT仿人机器人灵巧手。DLR／HIT手具有与人手相似的自由度配置，共有13个自由度，具有4个相同结构的手指，每个手指具有3个自由度，拇指另有一个张开／闭合的自由度，包括位置、力／力矩、温度等多种感知功能以及高速实时控制器的设计，这些功能赋予了DLR／HIT手更强的操作能力。通过抓握仿真，证明DLR／HIT手能够在一定范围内实现人手的抓握操作。     

HIT机器人灵巧手手指及其阻抗控制的研究

手指对接触环境具有柔顺性是实现多指灵巧操作的关键,阻抗控制是实现机器人柔顺控制的主要方法之一。针对HIT灵巧手手指,阐述了其力／力矩传感器的设计,包括指尖六雏力／力矩传感器和2个关节力矩传感器。利用指尖六维力／力矩传感器作为力反馈,实现了笛卡尔空间的阻抗控制。     

新型五指仿人型机器人灵巧手触觉传感器设计及其静态标定

介绍一种应用于HIT/DLR II五指仿人型机器人灵巧手的新型触觉传感器,并对该传感器的工作原理进行阐述.该触觉传感器基于压阻原理,具有高度集成和微型化的特点.该传感器采用了柔性结构设计,表面嵌入多个电极,传感器数据通过电极列阵进行扫描采集.最后,进行了传感器的静态标定实验,验证了传感器性能.     

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。     

水下灵巧手运动学分析与实验

介绍了一种三指水下灵巧手,分析建立了单个手指的运动学模型以及每个手指的雅可比矩阵,通过运动实验验证了运动学模型的正确性,为进一步研究灵巧手的轨迹规划、控制等问题提供了理论依据.     

多指护理灵巧手的优化

从手指关节运动副型式、手指指数和手掌、手指结构、手指材料、各个关节运动的驱动方式以及传动方式、各关节截面的结构型式、传感器的选择和布置等7个方面对灵巧手进行优化分析。考虑到一般性和通用性,对各手指之间的相对位置及姿态、各关节的长度及回转关节的回转角度范围,运用拟人法,类比法,建立优化目标函数和约束条件进行优化计算,设计出一种用于护理机器人上的带手掌的3指9关节灵巧手。对灵巧手的具体结构作了分析,绘出了灵巧手的三维结构模型。优化的护理灵巧手扩大了抓取范围,安装了灵巧手的护理机器人,减轻了护士的劳动强度,提高了护理质量。     

多指灵巧手主从控制系统的硬件设计

设计了一种超声电机驱动的多指灵巧手控制系统的硬件电路。给出灵巧手控制系统的硬件总体设计方案,并对灵巧手控制系统的译码电路、关节信息采集电路、超声电机启停和正反转电路、超声电机的调速电路等外围电路模块的硬件设计过程作了详细的阐述,并加以实现。     

一种水下灵巧手指端力传感器的研究

采用水压力补偿技术，设计了基于圆筒式测力结构的水下灵巧手指端力传感器，分析了其工作原理。采用有限元法计算了圆筒式测力结构的应变分布，验证该结构的合理性，由此推导出测量原理方程。采用有限元法对模型进行模态分析，确定了传感器的工作带宽。在陆上对传感器进行标定实验，根据实验数据计算出标定矩阵。性能测试结果显示，在陆上和浅水环境中测量结果一致，验证了该传感器在陆上标定是可行的。该传感器可用于水下，且测试精度满足目前水下灵巧手研究的要求。     

一种基于交叉耦合控制的串联机器人笛卡尔空间轨迹跟踪方法

针对串联机器人在笛卡尔空间轨迹跟踪问题,将交叉耦合策略和机器人运动学结合起来,设计了机器人在笛卡尔空间位置控制中耦合误差的一般性构建方法,进而提出了一种新型脱离动力学模型的控制算法.该算法不仅能保证单个关节的运动稳定,同时还可以保证所有的关节运动协调,使位置误差和耦合误差都收敛到零.最后,设计了基于HIT/DLR灵巧手笛卡尔空间位置控制实验,验证了该方法的有效性.     

欠腱驱动多指灵巧手的设计

提出一种欠腱驱动多指灵巧手，它具有结构简单，操作灵巧，控制容易，较高的操作适应性，每个多指节手指仅用一个腱驱使手指弯曲运动。文中描述了欠腱驱动多指灵巧手的结构设计与手指位移分析，与现有的多指灵巧手和欠驱动多指杆机器人手相比，这种手指灵巧手的结构更为简单紧凑，且能减少控制的复杂性、重量和成本，并能实现多功能地抓取不同物体的能力。     

基于旋量理论的三指机器人灵巧手逆运动学分析

为提高三指机器人灵巧手逆运动学的求解效率,提出了基于旋量理论的逆运动学新的求解算法。以Shadow三指灵巧手为例,在无法直接利用单纯的Paden-Kahan 子问题求解逆运动学的条件下,食指（无名指）的逆解采用Paden-Kahan子问题与代数解相结合的算法,拇指的逆解采用数值法与Paden-Kahan子问题相结合的算法。最后通过计算实例证明了算法的有效性和可行性。该算法在保证精度的前提下,几何意义明显,耗费时间短,效率高。     

变胞多指灵巧手分析

对戴建生提出的新型的变胞多指灵巧手进行分析。该灵巧手与目前常用的机器手最大的不同在于它的手掌可以活动,并具有变胞功能。手掌的变胞增强了机器手的灵巧度并增大了工作空间。当手掌杆件静止的时候,每个手指都在一个平面内运动,由此提出手指操作平面的概念,从而将研究抓取姿态的问题转化为研究手指操作平面单位法矢量的问题。建立球面变胞手掌的全局坐标系,并得到3个手指平面的单位法矢量在此全局坐标系下的表示,然后将抓取姿态映射成为姿态直纹面。将机器手的工作空间分为手指和手掌两部分,着重研究后者,提出工作空间三角形的概念。工作空间三角形随着手掌的运动而变化,映射成为手掌工作空间直纹面后可以直观地了解其形状和大小的变化情况。