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。     

人工肌肉驱动的多指灵巧手运动学计算与分析

目前对灵巧手的运动学分析对象多为单指结构,很少涉及多指协调的运动学分析,为了更好地完成HUST灵巧手的抓取规划,主要针对多指灵巧手的运动学问题以及各手指的操作可达性进行分析计算与验证。根据气动人工肌肉驱动的HUST灵巧手的结构特点,采用标准D-H参数法建立各手指指尖相对于手掌坐标系的运动方程,分析求解多指气动灵巧手的正逆运动学问题,基于Matlab对灵巧手的工作空间进行仿真分析,得出了各手指在手掌坐标系下的操作可达空间,并通过抓取实例验证了运动学与仿真分析的正确性,为多指灵巧手的抓取规划提供了重要依据。     

欠驱动多指节机器人手的抓力分析

对欠驱动多指节机器人手的抓力进行了分析,给出了直指和曲指抓取物体时的抓力方程,并对手指抓力作了动态仿真。手指抓力分析为多指节手的机构与力控制设计提供了理论基础。     

3-DOF索杆桁架式欠驱动机械手运动控制

索杆桁架式机械手是将绳轮传动系统和平行四边形机构结合而提出的一种新型欠驱动机械手。绳索驱动力同时驱动手指关节耦合运动，而手指关节运动又会直接改变绳拉力在各指节单元的驱动力分布，导致索杆桁架式欠驱动系统具有强非线性和运动耦合特点。针对该问题，利用虚功原理，将绳轮传动系统等效为耦合的关节驱动力矩，并建立3-DOF手指准静态运动学模型。根据手指最大运动空间约束条件，确定关节弹簧配置分布并开展手指准静态运动空间分析。采用拉格朗日方程法建立手指一般动力学方程，并转换为“A-P”型等效动力学模型。在此基础上，开展预变形阶段运动控制研究。通过仿真分析和样机试验验证所提分析方法和运动控制策略的有效性。     

一种新型欠驱动三指节手指机构的结构设计及优化

针对当前存在的欠驱动假肢手手指机构拟人特性较差这一缺陷,通过综合耦合型手指在结构上的优势,引入能够使得各手指进行耦合运动的耦合连杆,提出了一种能够实现自适应包络抓取并具有较强拟人特征的新型三指节欠驱动手指结构,从而很好的弥补了欠驱动手在抓取过程中动作僵硬、耦合性差的不足。分析该手指的抓取过程,初步验证了该欠驱动手指完成包络抓取的可行性。根据虚功原理对手指的抓取静力学模型进行分析,得出完成包络抓取时各指节对物体的接触力,基于三指节手指抓取力尽可能均匀分布这一原则,建立手指结构优化的目标函数,利用matlab遗传算法工具箱对手指进行优化设计,得到满足上述原则的欠驱动手指机构的各杆件尺寸及抓取姿态。     

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。     

基于欠驱动原理的多指灵巧手结构设计及实验研究

针对传统的多指灵巧手手指驱动源多、结构复杂,抓取过程中驱动电机保持堵转状态导致发热量大、寿命短,以及无法准确感知目标物体的位姿并施加合理的抓取力等问题,对灵巧手手指结构、系统构型及传感器等方面进行了研究。提出了一种具有欠驱动特性及自锁特性的多指灵巧手手指结构方案及具有不同承载能力的腱传动结构方案,设计了二指、三指及五指灵巧手系统构型,开发了高灵敏度、低成本一维力传感器及触觉传感器;以三指灵巧手为例,加工了实验样机,利用实验样机进行了相关实验。研究结果表明:该灵巧手的手指结构能够有效降低驱动源数量,实现机构减重,通过更改腱传动机构,可实现不同承担不同负载,具有较好的安全性和可靠性,一维力传感器及触觉传感器具有较高的灵敏度、准确性及低成本特性,该灵巧手指具有较高的重复定位精度,可完成针对不同形状物体的稳定、可靠的抓取任务。     

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。     

全转动关节欠驱动手指机构及其运动学分析

欠驱动机器人手指结构紧凑、抓持力大、操作简单,在工业机器人、拟人机器人、人体假肢及航天机器人等领域都具有广泛的应用前景。提出一种新型的全转动关节连杆式欠驱动机器人手指机构,提出一种基于最小阻尼原理推导欠驱动手指机构在不同抓持状态下(即与目标物体的不同接触情况下)的等效机构,进而基于等效机构实现运动学分析的方法。采用所提出的方法推导了所提出机构的运动学方程和极限运动位置求解方程。最后通过Matlab编程进行数值仿真,验证了方法的正确性和有效性。仿真结果表明所提出的欠驱动结构具有较大的可达空间,并可实现良好的抓物轨迹。     

一种欠驱动电动型两指多指节机器人手

在许多工业应用中,常要求机器人手结构简单,操作灵巧,控制容易,且具有较高的操作适应性,开发的欠驱动两指多指节机器人手仅用一台驱动电机就能以直指或曲指方式履行各种工业操作任务。文中描述了欠驱动两指多指节手的结构,工作原理与手指位移分析,与现有的欠驱动机器人手相比,这种多指节机器人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。     

欠驱动两指多指杆机器人手及其运动学分析

在许多工业应用中,常要求机器人手结构简单、操作灵巧、控制容易、且具有较高的操作适应性,研制的欠驱动两指多指杆机器人手,仅用一台驱动电机就能以直指或曲指方式履行各种工业操作任务。在此描述了欠驱动两指多指杆手的结构、工作原理与手指运动学分析,与现有的欠驱动机器人手相比,这种多指杆机器人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,并能实现多功能抓取不同物体的能力。     

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。     

基于仿肌弹性欠驱动手的设计与分析

针对仿肌腱传动灵巧手存在的驱动单元多、机构体积过大、控制系统复杂等问题,提出一种新型的仿肌弹性欠驱动手。以人类手指解剖学特征为思路,进行了仿人手指设计,通过引入双肌腱和弹性元件来实现手指的欠驱动,并给出合理选择弹性参数的方法,保证了手指的可达空间和抓取可靠性。进行了手指运动学分析,建立了关节空间到肌腱空间的映射关系。为获得最优的手掌尺寸及抓取范围,提出一种手指位置参数优化方法,并给出了评价指标,通过对比验证了该方法的优势。最后,进行了不同形状、尺寸物体的抓取实验,结果表明该欠驱动手具有较强的自适应抓取能力、广泛的物体抓取范围。     

一种欠驱动苹果采摘机器人末端执行器的设计

提出了一种实用型欠驱动苹果采摘机器人三指末端执行器,并运用Unigraphics NX进行了机构设计及三维模型的创建。通过设计多指节手指和腱绳结构,以达到提高机构抓取灵活性的目的。基于手指抓取动作的运动原理,分析了腱绳力与关节转矩之间的关系。以保证不损伤苹果表面的极限载荷为设计约束条件,以实现机构运动的可靠性和灵活性为目标,设计了抓取机构的关键零件扭簧,确定了扭簧的结构参数。这种新型欠驱动末端执行器可以有效提高机构的灵活性和适用性,对不同尺寸、近球状的其他果实,具有一定的抓取适用性。     

弹性欠驱动四指灵巧手设计与试验

全驱动灵巧手需要较多独立驱动单元,控制系统复杂,导致体积和重量过大,费用昂贵,在实际应用中有极大局限性。欠驱动灵巧手具有驱动单元少、控制简单等特点。在保证具有一定运动灵巧性的前提下,欠驱动灵巧手能极大降低灵巧手本体及控制系统的复杂度和制造维护成本,体现出更高的实际应用价值。由此提出一种新颖的仿人单腱弹性欠驱动四指灵巧手的设计方案。同时,完成四指灵巧手本体结构设计,及分析获得关节弹簧刚度的选取方法。对影响关节驱动转矩的滑轮单元进行几何参数的优化分析,得到手指传动机构的较优设计方案。通过多指手样机对不同形状、大小物体的抓握试验,证明本欠驱动四指灵巧手具有抓取自适应能力和较强抓取能力。     

仿人手指的运动学分析与研究

设计了一种具有独立电机驱动、采用钢丝绳耦合连杆机构传动的多自由度仿人手指,并建立了手指机构的简化模型。同时,基于运动学分析得到了手指运动学模型正解,选取适当手指机构尺寸及各关节的转角范围,通过仿真获得了指端的工作空间。分析比较了有无耦合连杆2种手指各指节的运动位移与时间之间的关系,采用的耦合连杆传动,克服了无连杆传动过程中3个指节间在各个方向上的运动位移明显不一致性。为假手的抓取动作规划、运动姿态控制以及结构优化设计提供了进一步研究的基础。     

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。     

正交结构6-PP+S并联机构灵巧度性能分析

提出了一种新型正交结构6-PP S并联机构,描述了其结构布局和特点,并建立了运动学方程。以雅可比矩阵的条件数评价并联机构的灵巧度性能,考察了6-PP S并联机构运动灵巧度与末端动平台姿态的关系。     

灵巧机械手多指协调控制技术

根据抓取力封闭约束和力平衡约束条件,将多指精细抓取的力优化问题转换为非线性规划问题。对于非线性规划问题的求解,传统算法的实现一般需要编写相对复杂的程序,因此提出一种以序列二次规划算法为核心的fmincon函数对非线性规划问题进行快速求解的方法,并将该方法用Matlab软件予以实现;针对多指抓取的任务要求,提出一种试探性抓取并采用关节阻抗控制算法控制手指各指节与物体接触力的多指强力抓取方法,该方法简单且具有一定自主性。采用ADAMS仿真软件中生成的灵巧机械手控制模块在Simulink仿真环境中建立多指协调控制仿真系统,并以此对上述提出的方法进行算例验证。分析结果表明在精细抓取和强力抓取的不同任务要求下,灵巧机械手完成了对目标物体的稳定抓取,证明了所提方法的准确性。     

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。