面向任务的机器人灵巧手控制系统及多指空间协调阻抗控制

为提高多指灵巧手的控制和操作性能,提出了基于集中控制-分层处理的DLR/HIT Ⅱ机器人灵巧手实时控制系统结构,并建立了基于Simulink/QNX的实时控制平台和嵌入式驱动控制层,极大地简化了高集成度机电一体化灵巧手的控制器设计过程,并实现灵巧手在多自由度仿机器人上的无缝连接,进行了多指灵巧手空间协调阻抗控制的研究,基于手指指尖位置建立了适用于任意手指数目n的机器人灵巧手物体空间坐标系,并基于六维空间虚拟弹簧的阻抗思想和关节力矩反馈实现了以被抓取物体位置和姿态为控制目标的多指灵巧手空间协调阻抗控制.在基于Simulink/QNX的实时控制平台上对DLR/HIT Ⅱ灵巧手进行了空间协调阻抗控制实验,实验结果表明了灵巧手控制软硬件系统和控制策略的有效性和稳定性.在未降低灵巧手自由度的前提下,将DLR/HIT Ⅱ多指灵巧手协调抓取操作的控制输入量由30个减为6个,为提高抓取规划算法效率提供了稳定高效的新型控制策略.     

基于指尖位置的人手与HIT/DLR灵巧手运动映射

分别建立人手和HIT/DLR机器人灵巧手的几何模型,并分析两者之间的结构差异及其产生的运动映射问题.通过数据手套测得人手关节角度,利用人手模型和人手运动学关系计算得到人手指尖位置,通过改进的指尖位置的映射方法,将人手的运动映射到机器人灵巧手上,解决了人手运动空间和灵巧手空间不一致的问题.仿真试验结果表明该映射方法是有效和直观的,能满足对HIT/DLR机器人灵巧手遥操作的需要.     

DLR/HIT多指机器人灵巧手的研究

基于机电一体化设计理念和集成化、模块化设计方法研制了DLR/HIT灵巧手,DLR/HIT灵巧手具有4个相同结构的模块化手指,共具有13个自由度,具有拟人手形的外观.采用商品化的直流无刷电机实现了手指的驱动;手指具有位置、力/力矩及温度等多种感知能力;基于DSP/FPGA等实现了手指的通讯和实时控制;高度集成,将所有部件均集成在手指和手掌内.DLR/HIT手具有很好的可靠性、可操作性和精细操作能力.     

新一代机器人灵巧手

哈尔滨工业大学机器人研究所与德国宇航中心(DLR)合作建立的HIT/DLR机器人联合研究室，研制成功第三代多传感器、高度集成的机器人灵巧手。     

欠驱动四指灵巧手的设计与研究

传统的全驱动灵巧手独立驱动单元过多,控制复杂,体积和重量过大,造价高昂,限制了其实际应用.欠驱动多指手在保证一定运动灵活性条件下,极大地降低了系统成本,具有驱动单元少、控制器相对简单的特点,体现出更高的实际应用价值.本文提出一种通过腱、滑轮传动的欠驱动多指手的设计方案.给出了多指手的机械结构,以及拇指的独特设计.通过对手指静态构形的分析,讨论了影响多指手运动的关键部件关节弹簧的选取原则和方法.建立了手指的抓取静力学模型.在此基础上,分析了多指手抓取物体时弹射现象的形成.通过计算机仿真和实物实验,验证了能够利用4个电机实现4个手指的抓握、伸展和抓取不同形状的物体,且具有较强的抓取物体的能力.     

多指手机器人抓取系统的稳定性

针对多指手机器人抓取系统,引入了密度函数用于研究其线性及非线性系统的稳定性,得到了使抓取系统的平衡解几乎处处渐近稳定的不等式条件．当抓取系统对几乎所有的初值满足不等式条件时,所考察的非线性系统的平衡解是几乎处处渐近稳定的．     

多指抓取力的线性组合计算

为提高力优化算法的实时性,提出一种新的计算抓取力初值的方法.首先离线计算一组单位外力对应的抓取力作为线性组合的基础向量,然后将任意外力分解为单位力的线性组合,对基础抓取力按同样规律组合,得到满足约束的抓取力初值.算例仿真分析结果表明,该方法的计算速度比拉格朗日对偶法、单值优化法更快,且减少了力优化算法的收敛步数目.在带摩擦点接触抓取模型中,应用该方法为多指抓取的力优化算法求取初值,有利于提高力优化算法的实时性.     

四自由度冗余手指的结构参数优化设计

由冗余自由度手指构成的多指灵巧手具有较大的灵巧性,对物体进行微细操作以及抓取特殊形状物体的能力也比非冗余自由度手指构成的多指手要强。对冗余自由度手指的结构设计问题进行了研究,引进了优化设计方法,提出了适用于多指灵巧手的手指结构优化设计的优化目标函数,编制卫优化程序,进行了优化计算,得到了比较满意的结果。最后,用该手指具体设计了一种多指灵巧手,并给出了其三维视图。该录巧手有手掌,具有３个手指,１２个     

多指手操作系统的运动学通解及活动性分析

探讨了多指手操作系统运动学通解的构造及活动性分析问题。给出了多指手操作的运动学方程,并通过在物体及关节速度空间分别定义内积将这两个空间进行正交分解。并提出一种适用于各类多指手操作系统的、构造运动学方程通解的方法。基于得到的通解表达式分析了各速度子空间之间的映射关系,进一步给出了系统活动性分析的计算公式。     

On set-point tracking control of dexterous robot hand

A model-free set-point tracking control approach of multi-fingered robot hand is presented.The set-point tracking controller,which has the structural form of PD controller,is composed with a combination of feedforward term,feedback term and saturation control term.The controller does not require the explicit use of dynamic modeling parameters.Experiments performed on the HIT/DLR hand demonstrate the effectiveness of the proposed approach in performance improvement and real-time application.     

基于虚拟样机的月球探测机器人运动学建模

为增强月球探测机器人在三维崎岖环境下运动的动态调整能力,采用虚拟样机技术从车轮雅可比矩阵导出了月球车6个车轮的运动学方程。可用最小二乘法从6个车轮的单独雅可比矩阵导出月球车车体的位置和方向,用加速度计测量车体的俯仰角速度和滚动角速度,从而得到月球车的运动速度。仿真结果表明：用该运动学建模方法开发的HIT-1型月球车在崎岖地形中移动时具有动态调整其运动构型的能力,可增强车体的安全性和稳定性;该方法可作为一种通用的三维轮式移动机器人的运动学建模方法。     

#br# NAO机器人的视觉伺服物品抓取操作

针对家庭环境中服务机器人物品的抓取问题,提出一种改进的基于位置的视觉伺服抓取算法。首先,利用Naomark标签完成对物体的快速识别,并通过世界平面单应矩阵分解对物体的位姿进行估计;然后,对NAO机器人的机械臂进行运动学建模,并分别设计单臂和双臂抓取的视觉伺服控制律;最后,为进一步提高抓取的稳定性和鲁棒性,对末端执行器进行路径规划。实验结果表明,本方法能够快速、稳定地抓取目标物品。     

HIT anthropomorphic robotic hand and finger motion control

Researchonanthropomorphichandsisoneofthemostactiveareasinrobotics.Ingeneral,thesehandsaredividedintotwocategories:oneconsistsofmulti sensor,multi degreeoffreedomandmulti fingereddex teroushands,suchasNASAHandandDLRHand[1～3].Thesekindsofhands,withhighinte…     

一种新的计算三指机器人柔性手抓取力的方法

本文在柔性手与操作体点接触的基础上,采用旋量方法表示手指对操作体的作用力,并提出了判断手指抓取位置能平衡任意外力的条件。在指端的法向作用力满足单向性条件及切向作用力满足摩擦条件的前提下,给出了一种求解柔性手抓取力的行之有效的方法。     

Mechanical Design and Drive Control of a Novel Dexterous Hand for On-Orbit Servicing

In order to meet the requirements of on-orbit servicing outside the cabin, a flexible, dexterous hand with easy grasping ability and strong loading capacity is designed. The dexterous hand is comprised of three fingers. Each finger is driven by a set of four linkages. Furthermore, two fingers have a set of axial rotational degrees of freedom. In order to achieve the position control and keep griping stability, the dexterous hand adopts a mechanism of hybrid force/position control. In the end, experimental results demonstrates that the on-orbit servicing dexterous hand has great adaptability and operational capability.     

Fault-tolerant design for joint of HIT/DLR space robot arm

The joint reliability design for the HIT/DLR space robotic arm has been discussed in this paper. The redundant controller unit, redundant CAN bus communication unit and latch-up power protection unit have been outlined. The fault-tree of the joint has been built. Moreover, the algorithm for fault detection has been improved, and the fault-tolerant strategies of the joint have been proposed. Experimental results demonstrate the high reliability of the fault-tolerant design for the joint.