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。     

基于变胞理论的欠驱动多指节灵巧手指的构态分析

基于变胞机构理论,提出了一种新的分析欠驱动多指节灵巧手指的方法,定义了欠驱动二指节灵巧手指抓取过程的3个构态,并通过邻接矩阵建立了各构态之间转换的关系方程,从而从根本上解释了灵巧手指的欠驱动原理,为欠驱动灵巧手的机构设计及控制规划提供了理论指导。建立了欠驱动二指节灵巧手指的运动学方程,分构态分析了灵巧手指的运动学特性,结果表明欠驱动灵巧手指运动中构态间变换的平顺性非常重要,并相应提出了两种设计方案。提出的构态分析法在欠驱动三指节或多指节灵巧手指的分析中同样适用。     

一种带块式指节限位机构模块化机械手的研究

为了解决现有欠驱动模块化机械手指节限位机构结构复杂、更换手指不方便及功能单一的问题,基于欠驱动原理设计了一种采用块式指节限位机构的模块化机械手。块式指节限位机构结构简单,模块化手指更换方便,可以实现多功能抓取和捏取。采用机构静力学分析方法,对机械手捏取状态下的手指进行了静力学分析,推导出了末端指节的接触力计算公式。采用ADAMS软件对机械手进行了接触力分析,仿真结果表明,模块化机械手可稳定包络抓取直径为80～150 mm的3种球状物体,接触力控制在5.86～13.91 N,可包络抓取直径为60～100 mm的3种圆柱状物体,接触力控制在9.16～18.69 N,可捏取厚度为0～12 mm的2种薄片状物体,接触力可以达到任意设定值。研究设计的机械手通用性强,适用范围广,为机械手的研发提供了参考。     

新型欠驱动拟人假肢手指的设计与分析

根据欠驱动原理设计了一种用于拟人假肢手的新型欠驱动手指.通过静力学分析得到了手指抓取力的表达式以及影响因素.通过分析和仿真表明,该欠驱动手指结构简单,并具有很强的抓取形状自适应能力,抓取性能优异.这种设计和分析方法为拟人假肢手指的设计提供了一种新的思路.     

拟人机器人手多指欠驱动机构研究

欠驱动机构具有增加抓取稳定性、降低控制难度等优点得到广泛研究.与实现单个手指的多关节动力传递的传统欠驱动机构设计思想不同,提出了一种新型多指欠驱动机构.该机构利用设置于关节轴上的扭簧实现了单个电机对多个手指根部的驱动.经分析,给出了该机构的主要参数设计原则.该机构可以作为拟人机器人手的食指、中指、无名指和小指的根部关节,使机器人手在抓取物体时,四个手指能够自动适应不同形状和尺寸的物体,产生适当的抓持力,抓取稳定性高,控制容易.     

一种具备多种抓取模式的三指机械手

针对国内外高端灵巧手存在价格高、结构复杂的问题,从简化结构但又能满足较复杂抓取模式的角度考虑,设计了一种具备多种抓取模式的三指机械手。该机械手由3根同样的手指组成,每根手指有3个关节;使用钢丝绳耦合传动实现欠驱动,减少了驱动电动机数;为保证手指控制的灵活度,末端指尖单独由电动机驱动。采用D-H参数法建立手指运动学模型,完成正运动学求解。通过ADAMS软件对机械手进行运动学仿真,分析了三指机械手的运动特性及抓取力。根据包络抓取、精细抓取和普通夹取等几种抓取模式的需要布置了触觉传感器,对常见的目标物进行了抓取试验,验证了该机械手的实用性。三指机械手成本低、制造加工方便,对于难以获得昂贵灵巧手的研究机构和工厂具有实际应用价值。     

机器人手可变抓取力机构研究

根据物体轻重程度和表面软硬程度，拟人机器人手在抓取时应采用不同的抓取力，研制变抓取力手具有重要意义。分析了传统的变抓取力手指机构实现原理，得出变抓取力手指实现的关键。为克服传统机构的不足，提出了一种新型变抓取力手指机构设计思想，具体设计并实现了该变抓取力手指机构，该变抓取力手指机构能够应用于各种驱动类型的手指上。此变抓取力手指机构被应用到拟人机器人手——TH-1手食指的2个关节中。抓取实验证明，TH-1手能够稳定抓取不同尺寸的常见物体．     

绳索式假肢手指包络抓取性能的优化研究

不合理的驱动滑轮半径往往导致绳索式假肢手指在包络抓取过程中出现弹射、抓取失败等现象。为了使假肢手指在包络抓取不同尺寸物体时都能有很好的综合抓取性能,文中对影响假肢手指抓取稳定性的驱动滑轮的轮径进行了优化选择。通过仿真研究假肢手指抓取的动态过程,并结合最常用的抓取模式优化选择了各驱动滑轮的轮径值。优化的关键在于考虑了指节与被抓物体表面存在的摩擦力对最终稳定性的影响。仿真验证了绳索式假肢手指在不同包络抓取模式下的综合抓取性能。     

混合工作模式欠驱动手设计及其接触力分析

机器人手目前主要应用于机器人与环境的交互.传统欠驱动机器人手的手指末端运动轨迹并不是一条直线,这种运动轨迹使得它们无法抓取桌面上较薄的物体以及小物体.为了克服这个缺陷,许多研究者在欠驱动手结构中加入了直线机构,使其能够捏取平台上的物体,但目前存在的结构均为双指关节结构,相对于三关节手指其抓取范围较小且适用场合较少.为了解决以上问题,设计了一种新型的基于变胞原理的欠驱动手.手指具有三个指关节,它拥有两种工作模式:线性平行捏取模式和自适应抓取模式.在线性平行捏取模式下,该欠驱动手指可视为双关节手指,拥有更好的稳定性;在自适应抓取模式下,该欠驱动手指可视为三关节手指,拥有更大的工作空间且能更好地抓取不规则物体.该机构可以根据目标物体的尺寸、位置和形状特征自适应的改变工作模式.对欠驱动手的手指部分进行运动学分析以及接触力的分析,为设计提供理论参考.制作样机进行抓取试验,试验结果表明,该手拥有较大的适用范围并具有良好的抓取性能.     

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。     

一种自适应拟人手指抓持力分析与结构优化

采用齿轮齿条传动机构，设计了一种新型自适应拟人手指。该手指自身不带驱动器，适合抓取不同形状、尺寸的物体，使机器人多指手以较少的驱动器驱动较多关节自由度。电机的数量大大减少使机器人手具有许多优点。另外，该手指与人的手指相似，适合用于拟人多指手。分析了该手指抓持力与其设计参数的关系，提出了该手指的结构优化设计原则。     

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。     

果蔬采摘欠驱动机械手爪设计及其力控制

为了实现果蔬的无损采摘,采用欠驱动原理设计出一种结构更简单、通用性更强的末端执行器。欠驱动机构是指驱动器数目少于机构本身自由度数目的机构,基于欠驱动原理设计的机械手结构简单可靠,抓取物体时具有形状自适应能力,手指可完全包络物体,可以通过最大接触力的闭环力反馈控制来实现无损采摘。基于这一设计思想设计出仅靠一个电动机驱动三个手指的机械手爪,通过理论分析、手爪机构设计与建模、结构参数优化,确定设计尺寸制出机械手爪,设计控制电路结合力反馈控制进行抓取试验。试验结果表明该手爪能实现期望的抓取与最大接触力控制功能,并具有控制简单可靠、抓取稳定、不损伤果实等特点。     

三指灵巧手运动学分析及抓持仿真

参考人手的结构特征,设计了一种三指灵巧手,手指采用模块化设计,各手指结构相同。手指各主动关节均由直流伺服电机驱动,通过锥齿轮和钢丝绳传动机构传动,直流伺服电机和传动机构均配置在手指内部。采用D-H法建立手指坐标系,推导出运动学正、逆解,为灵巧手控制和抓取规划的研究奠定基础。运用仿真软件A D A M S对灵巧手抓持球体过程进行仿真分析,结果表明三指灵巧手在其工作空间内能够实现对物体的精确抓取。     

LIPSA-L手:直线平夹自适应机器人手

传统平行夹持自适应机器人手仅具有圆弧平夹功能,无法达到对薄板物体的良好夹持。提出了直线平行夹持与自适应相结合的LIPSA抓取功能。设计了一种具有LIPSA抓取功能的新型欠驱动机器人手——LIPSA-L手,具有2个手指,由一个电机驱动。在LIPSA-L手指中,采用切比雪夫连杆机构实现末端点的直线轨迹,利用同向等速传动带轮机构实现末端指段的平动,利用空程传动配合弹簧实现手指自动适应不同物体的包络握持目的。分析与实验结果表明,LIPSA-L手可以在直线平行夹持与自适应两种模式之间切换;既能够直线平动第二指段去夹持物体,又能够以多个指段包络抓取物体,获得出力更大的握持效果。     

残疾人假手的仿人和欠驱动机构研究

根据欠驱动和耦合原理研制出了仿人型残疾人假手,该手结构简单,质量轻,高度集成化,与成年人手的大小相仿,用Matlab软件优化设计了手指各杆件参数,同时进行了运动学分析.该假手对不同物体抓取具有自适应性,能进行力量抓取和精确抓取.     

基于DSP的仿人形假手控制系统研究

为解决假肢手控制系统复杂等问题,将欠驱动技术应用到假肢手的机械结构设计中,整个假手由3个电机驱动,手指结构选用绳索滑轮驱动方式。开展了对机械系统原理和结构的分析,提出了基于DSP的结构简单、开发周期短、具有力反馈的运动控制系统,该控制系统用于驱动各手指动作。介绍了控制系统的硬件实现方法和软件控制流程,硬件主要包括电平转换和传感器信号处理电路,共有两种类型、11个传感器,可为假手自主抓取中的感觉反馈提供数据;软件主要涉及事件管理器、模数转换模块的应用。最后对假手中的压力传感器进行了标定,并进行了假手抓取试验。研究结果表明,基于力传感器反馈的控制策略使得假手能够实现稳定包络抓取。     

线性空程传动耦合自适应机器人手研制

传统耦合自适应手指采用并联的两套传动机构实现先耦合后自适应的复合抓取模式,存在机构复杂、内耗大和弹簧选型困难等不足。针对此问题,设计了一种新的耦合自适应欠驱动手指机构——COSA-LET手指。COSA-LET手指包括多个齿条、双拨杆、双限位凸块和双弹簧等,由一个电机和串联传动机构驱动两个关节。COSA-LET手指利用反向双齿条和带弹簧及凸块限位的齿轮实现耦合联动功能,利用关节轴弹簧将电机动力分解到两个关节轴,通过双拨杆线性空程传动的延时拨动效应解决了自适应阶段的解耦问题。手指抓取受力分析和实验结果表明,所研制的带有3个COSA-LET手指的COSA-LET机器人手实现了耦合与自适应复合抓取功能,能够根据被抓取物体的大小、形状和位置,在耦合与自适应之间自主切换抓取模式。     

基于变胞理论的欠驱动机械手设计

针对机器人末端夹具多功能化的需求,提出了一种新型欠驱动机械手结构。该机械手最大创新点在于其末端指节完全被动包络,提升了抓取稳定性。对其进行抓取姿态分析、稳定性分析,验证方案可行性,并验证不同物体抓取姿态,对控制策略研究提出展望。     

基于欠驱动机构的仿人机器人手爪设分

通过研究人手的生理结构特点,模仿人手结构,设计出仿人机器人手爪。整个手爪设计有拇指、食指、中指和小指,每个手指有三个关节。采用欠驱动连杆机构设计出结构紧凑的三关节手指机构以实现包络抓取和精确捏取。设计出高度集成的大功率小体积的驱动和传动机构并通过一个电机调整拇指机构的位置,以形成多种抓取模式。最后介绍了该手爪的控制以及抓取实验。