手指机构力操作灵巧性的分析与评价

本文对开端钢缆传动手指机构的力操作灵巧性问题进 行研究．首先,定义了钢缆张力椭球．在此基础上,分析了手指机构力操作的位形灵巧性及 钢缆传动结构对位形灵巧性的影响．其次,根据钢缆张力空间与指端操作力空间之间的映射 关系,给出了建立指端在给定操作位形处的操作力矢量集合的几何方法．得到的矢量集合反 映了考虑钢缆张力限制时,指端实际的力操作能力．为评价指端实际的力操作灵巧性,还提 出两个新的度量指标．最后,给出了手指机构力操作灵巧性分析的示例．     

自重影响下对称结构三指灵巧手的抓持规划与分析

将驱动电机置入灵巧手指内部，使得灵巧手指自重对操作性能的影响增大．文中对所设计的对称结构三指灵巧手进行了受力分析，并在此基础上建立了手指自重对灵巧手指关节力矩影响的优化目标函数，以寻求不同手掌方位角下关节的最优抓持位形．通过对不同手掌方位角下关节力矩的优化分析，确定了手掌方位角与手指最佳位形之间的映射关系．将优化结果应用于实际机器人系统，其运行结果表明了该分析方法的有效性．     

三指机器人手的运动学研究

本文研究了指端与物体间为纯滚动接触时三指9关节机器人手操作物体的运动学问题,建立了手指关节运动与物体运动之间的位置关系、速度关系和加速度关系,给出了9个节间的运动约束条件。     

气动肌肉驱动的柔顺机器人操作手的设计和实现

以气动肌肉为主要驱动器,设计了一个柔顺机器人操作手,在腕部和手部两个不同的关节,使用了两种不同型号的气动肌肉,分别采取了两种不同的传动方式．给出了腕部俯仰关节的位置控制策略．建立了手指的静力学模型,以此为基础,分析了气动肌肉的输入压力与指端夹持力的关系．实验结果表明,该机器人操作手可实现对物体安全、柔顺的抓取操作．     

灵巧手运动学分析

本文研究了灵巧手操作物体的运动学问题,在分析手指与物体接触条件的基础上,建立了手指与物体之间单点接触作纯滚动和作可控制滑动的运动学方程,给出了3R,4R 和5R 手指的运动约束条件,并对5-4-5型灵巧手进行了速度仿真和图形仿真.     

机器人多指手灵巧抓持规划

抓持规划是机器人灵巧手要完成预期任务所面临的一个重要问题．本文采用主从操作方式进行灵巧手的指尖抓持规划，由人手决定抓持接触点的位置， 灵巧手通过调整其手掌的位置和姿态保证各手指在人手指定的位置上抓持物体．根据灵巧手的操作特点，提出以关节灵活度来描述关节运动各向同性的能力，并据此定义灵巧手操作灵活度，作为灵巧手抓持位形性能的评价指标．以最大操作灵活度作为优化目标函数，寻求最优的抓持性能．同时，借鉴人手的抓持经验，通过主从操作方式，建立从人手到灵巧手的运动映射关系，从而为手掌位置优化问题提供合理的初值．仿真实验结果说明了文中方法的有效性．     

基于电流变流体的机器人柔顺指端接触模型的研究

提出采用电流变流体（ＥＲＦ）填充在弹性皮肤下作为指端柔顺材料的机器人指端的设计．此指端不仅具有足够的柔顺性，而且借助电流变流体的阻尼可控性，可实现稳定接触与抓握的控制．建立了机器人手指抓握接触过渡过程的动力学模型，并对此模型中接触力、位移及稳定时间进行了仿真．     

基于分散神经网络的多指灵巧手位置控制

针对多指灵巧手钢缆传动系统的非线性，提出一种基于分散神经网络的位置控制方法．通过 对复杂的钢缆传动系统施加不同的输入可以得到特定的相对简单的输入输出数据，利用这种 特定的输入输出数据学习传动系统的非线性关系得到多个分散的神经网络，再根据传动系统 的结构特性用分散的神经网络求取钢缆传动系统的逆模型，用于直接逆控制，从而达到补偿 非线性误差的目的．同时应用在线神经网络的适时补偿使系统长时间保持良好的运行状态． 实验证明这种方法可大大提高位置跟踪精度，取得比较满意的结果．     

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．     

基于指尖力传感器的HIT 机器人灵巧手笛卡尔阻抗控制

介绍了基于5维指尖力／力矩传感器的HIT机器人灵巧手的笛卡尔阻抗控制．当手指与障碍物接触时，呈现出2阶机械阻抗特性．在阻抗控制算法中，不需直接计算加速度，从而避免了因大加速度误差给控制带来的不利因素．结合期望轨迹和实际位置及速度，产生一个参考轨迹，手指跟踪此参考轨迹即可自动获得期望阻抗特性．     

Dynamic Analysis of Tendon Driven Robotic Mechanisms

In this paper, a systematic methodology for the dynamic analysis of tendon‐driven robotic mechanisms is presented. The approach utilizes the recursive Newton‐Euler equations to compute the kinematic and dynamic equations of all links that locate on the transmission line of a tendon‐driven robotic mechanism. The inertias of the intermediate links in the mechanism are taken into account. It is shown that the dynamic equations can be established in a recursive manner from the end‐effector links toward the proximal links and can be solved at the proximal end without the need of solving the simultaneous system equations. The joint reaction forces and the tension in each segment of tendon can be also obtained. The methodology can be applied to both endless and open‐ended tendon drives. © 2003 Wiley Periodicals, Inc.     

具有滚动接触的多指手操作运动学及其算法

研究多指手滚动操作的运动学及其算法.简要介绍了滚动接触运动方程,根据接触的 运动学约束,建立了描述物体与关节速度关系的关节--物体运动方程,并给出物体与手指表 面间相对角速度的表达式.得到的关节--物体运动方程、相对角速度表达式和接触运动方程 构成了形式简洁的滚动操作运动学方程.结合对方程的分析,进一步给出了多指手滚动操作物 体跟踪期望的运动轨迹时,关节运动轨迹的生成算法.     

基于微创外科手术机器人操作手的夹持灵活度研究

为了反映外科手术机器人六自由度操作手的指尖在夹持点对物体的夹持能力,分析了夹持时指尖的姿态、夹持物的姿态及两者的关系．推导了指尖在夹持点对处于任意姿态的物体进行夹持时所需姿态的解析表达式,并借助姿态球给出了夹持灵活度的定义．研究了本机构工作空间中离散点的夹持灵活度,确定了指尖夹持的灵活空间,并通过SimMechanics进行了仿真验证．     

一种单电机驱动多指多关节机械手的设计

为了使机械手灵巧、稳妥地抓取物体,设计了一种新型结构的单电机驱动4 指12 关节机械手爪．该手 爪由电机驱动一根十字连杆,其端部分别连接4 个手指的第1 动力连杆;每个手指有3 个指节,由2 个平行四边形 的指节结构确保手指末端做平移运动;每个手指的第2 动力连杆具有延伸滑槽,当第2 动力连杆运动时,经过特别 设计的滑槽在固定支点滑动,可使手指末端匀速运动．该新型的单电机驱动手爪设计方案实现了机械手控制简单、 抓握可靠的目的．     

基于Digiclops立体视觉系统的单指指尖跟踪

提出一种复杂背景下检测单指指尖位置的方法,该方法使用Digiclops立体视觉系统采集图像,并得到手指区域的子图像。对于手指正指的情况,可迅速计算出指尖的位置;对于手指侧指的情况,在手指图像基础上,设计一种鲁棒的指尖检测算法定位出指尖的位置。实验表明,该方法对指尖位置检测准确,用该方法处理每一帧图像,可实时跟踪指尖,从而实现了基于指尖跟踪的感知用户界面系统。     

一种大屏幕人机交互系统的实现方法

针对利用双目立体视觉技术实现大屏幕人机交互系统时摄像头标定复杂的问题, 提出一种大屏幕人机交互系统的实现方法。由两个摄像头负责采集用户手部的图像,获取指尖的二维图像位置坐标,通过透视投影模型,由测量所得的两个摄像头之间的距离、大屏幕左边与摄像头之间的距离、摄像头离地面的高度、大屏幕底边离地面的高度等数据,求出地面上与指尖成像在同一位置的地面坐标,由摄像头的位置及地面坐标求出一条直线,两条直线相交获取指尖空间坐标,由指尖空间坐标选取与屏幕对应的二维平面坐标,经物理坐标到逻辑坐标转换求出手指指向屏幕的实际坐标,实现大屏幕的定位。定位完成后,采用指尖检测方法检测视频图像中指尖是否存在,以此判断食指弯曲和伸开的点击操作。指尖空间坐标的计算方法虽然存在误差,但由于用户在操作过程中能够实时看到鼠标的位置,因此该误差对用户是透明的,而这种方法以简单的、近似的求解避免了复杂的摄像头标定过程,便于系统工程的实施。     

The Synthesis of Three‐Degree‐of‐Freedom Planar Parallel Mechanisms with Revolute Joints (3‐RRR) for an Optimal Singularity‐Free Workspace

In this paper, a method is presented for the synthesis of 3‐R RR planar parallel mechanisms. The method uses a genetic algorithm while considering three different design criteria: the optimization of the mechanism workspace to approach a prescribed workspace, the maximization of the mechanism's dexterity, and the avoidance of singularities inside the mechanism workspace. It is shown that, for a given mechanism, some working modes do not have any corresponding singularity curves located inside the mechanism workspace. Furthermore, a case is presented where, for a given orientation range of the mechanism's end‐effector, there are no parallel singularities located inside the workspace. Finally, two methods are described and compared to deal with the nonuniform units of the mechanism's Jacobian matrix during the dexterity computation. © 2004 Wiley Periodicals, Inc.     

Control and Virtual Reality Simulation of Tendon Driven Mechanisms

In this paper the authors present a control strategy for tendon driven mechanisms. The aim of the control system is to find the correct torques which the motors have to exert to make the end effector describe a specific trajectory. In robotic assemblies this problem is often solved with closed loop algorithm, but here a simpler method, based on a open loop strategy, is developed. The difficulties in the actuation are in keeping the belt tight during all working conditions. So an innovative solution of this problem is presented here. This methodology can be easily applied in real time monitoring or very fast operations. For this reason several virtual reality simulations, developed using codes written in Virtual Reality Markup Language, are also presented. This approach is very efficient because it requires a very low cpu computation time, small size files, and the manipulator can be easily put into different simulated scenarios.     

Development of a 2-d.o.f. finger using load-sensitive continuously variable transmissions and ultrasonic motors

This paper presents a 2-d.o.f. finger using ultrasonic motors and load-sensitive continuously variable transmissions (CVTs) we proposed previously, which consist of a five-bar linkage and a torsion coil spring. The proposed CVT is remarkably simple and enables a finger joint to exert a large fingertip force and to move quickly. For the two joints of the 2-d.o.f. finger, we designed five-bar linkage CVTs which are more compact than the previous ones so that they can be installed on its base. Taking advantage of the geometric feature that ultrasonic motors are thin, we can arrange the drive systems for the two joints, including the two CVTs and the two ultrasonic motors, in a parallel configuration. The experimental results verify that the maximum fingertip force of the finger is as large as 30 N and the maximum angular velocity of its joints is more than 400°/s. These performance results would be impossible without the CVTs. We also verify that the finger can lift up a 1.5-kg load.