五指形仿人机械手的设计与实现及示教

设计和实现了一个具有五个手指和手掌的仿人机械手（以下简称仿人机械手）,并利用数据手套对其进行了示教,使其能有效地完成复杂的作业。首先,以现有的仿人机械手研究成果为基础,对仿人机械手进行了优化设计和实现;然后,以数据手套为示教源,对仿人机械手示教模型进行了研究,采用D-H变换矩阵建立了仿人机械手的逆向运动学,解决了示教运动映射问题。最后,利用仿人机械手进行了若干作业实验,实验结果证明了仿人机械手及其示教模型的正确性。     

气动力反馈数据手套设计与验证

针对目前面向大型复杂机电产品的虚拟装配环境中力反馈装置所能提供的触觉力偏小的问题,提出一种基于微型低摩擦气缸的内置式力反馈数据手套.首先介绍了手套结构及其工作原理;然后搭建了实验系统,基于牛顿迭代法进行运动学方程组求解,验证了手套的角度测量和力反馈功能;最后开发了手套的人机交互控制系统,采用D-H理论来描述虚拟手的空间位置,基于虚拟墙的弹簧-质点模型计算虚拟力.实验结果表明,所设计的数据手套可实现大触觉力的反馈,满足虚拟装配系统虚拟抓取的需求.     

人手到灵巧手的运动映射实现

本文研究主从操作中人手到灵巧手的运动映射．提出了一种基于虚拟关节和虚拟手指的关节空间运动映射方法，实现了人手和灵巧手的三维运动仿真．以数据手套为人机接口，在虚拟环境下，通过直观地比较映射效果，验证了映射算法．     

一种数据手套交互控制模块的设计与应用

在三维虚拟环境下进行虚拟制造(VM),是当今制造业发展的趋势.数据手套是实现虚拟现实技术的交互设备之一,数据手套的应用对于虚拟制造非常重要.研究数据手套的功能和原理,设计了一种面向虚拟制造的数据手套交互控制模块.通过虚拟手的建模以及数据手套实时采集数据,来实现虚拟手与人手的手势映射,并结合层次包围盒算法实现虚拟手与虚拟场景的碰撞检测.研究结果显示,在模块下人手到虚拟手的动作映射和虚拟手对虚拟物体的碰撞检测能基本满足虚拟制造系统的理论要求,具有一定的实用性.     

基于WTK的数据手套交互控制模块设计与实现

依据虚拟现实中数据手套操纵的虚拟手与虚拟场景的交互控制过程，在VC 环境下，设计了一个基于WTK的数据手套交互控制模块，重点研究其中的虚拟手手势合成技术和交互操作中的碰撞检测技术。提出用平行节点数据结构组织虚拟手模型，用空间图形变换法实现手势合成；结合包围盒和多边形碰撞检测法，研究了虚拟手与虚拟场景的碰撞检测。应用结果显示，虚拟手可动态地呈现与人手基本一致的手势，能够比较逼真地实现了虚拟手抓取物体、释放物体等交互操作。     

基于虚拟位姿迟钝搜索的仿人机器人手臂抓取控制系统的设计

为了使仿人机器人手臂抓取控制系统更加智能化,提高运行效率,设计并实现了一种基于虚拟位姿迟钝搜索的仿人机器人手臂抓取控制系统。系统采用PMAC运动控制器完成机器人运行数据的传递、处理以及对机器人手臂抓取工作台的控制,采用Accelus系列数字伺服驱动器,调控仿人机器人运动位置和速度,通过关节控制器对机器人抓取过程中手臂关节的位置、速度以及角度信息进行控制,通过以S3C2440为核心芯片的上位机,实现仿人机器人手臂控制的远程通信以及抓取任务的调度,完成仿人机器人手臂抓取的智能控制,软件设计过程中,对基于虚拟位姿迟钝搜索的仿人机器人手臂抓取控制算法进行了详细分析,并给出了机器人手臂抓取控制程序代码实例,通过仿真实例验证了本系统的可用性和实用性。     

基于Lagrangian支持向量机的机械手鲁棒自适应控制

提出了一种基于Lagrangian支持向量机的不确定机械手鲁棒自适应控制方法。Lagrangian支持向量机采用梯度投影法学习机械手系统的未知部分,来对机械手系统进行非线性补偿。根据Lyapunov稳定性理论设计自适应律进一步在线调整支持向量机的参数,并叠加一个滑模控制项,以保证控制系统的稳定性和鲁棒性。对两关节机械手的仿真结果证明了以上控制方法的有效性。     

基于物理的虚拟手抓持力觉生成和反馈

提出了一种基于物理的虚拟手静力抓持虚拟物体力觉生成和反馈方法,借鉴机械手抓持原理,在建立基于物理的虚拟手静力抓持通用力学模型并对其进行可解性分析的基础上,针对通用力学模型的多解性,提出了虚拟手最小力螺旋模型以生成力觉,并根据抓持物体的不同,进行模型实例化,实时求得各虚拟手指上的力和(或)力矩,实验结果表明,借助于本文的力觉生成和反馈方法,利用CyberGrasp力觉反馈数据手套,用户可在抓持虚拟物体时感受到真实的接触力。     

仿人机器人上下楼梯稳定行走控制策略

提出了仿人机器人上下楼梯稳定行走控制策略.首先引入了虚拟零力矩点的概念,然后推导了上下楼梯稳定区域和稳定裕量的计算方法,如果ZMP点在稳定区域内,则采用基于ZMP在线调整控制方案,提高稳定性.如果FZMP点在稳定区域外,则采用基于FZMP调节控制策略,及时修正行走轨迹,使仿人机器人获得新的稳定区域,恢复稳定.仿真结果表明了该控制策略的正确可行.     

基于数据手套的虚拟手建模与驱动

针对传统虚拟操作的不足,结合WSTG love5数据手套等硬件设备,本文提出一种新的虚拟操作方法。采用面向对象的方法实现数据手套数据的获取,采用层次建模方法建立虚拟手的几何模型,实现对虚拟手的控制以及虚拟手对物体的虚拟操作,并给出具体的应用实例。