同步三指式末端执行器的目标位姿估计方法

为了在线判断机械臂末端执行器捕获过程中的目标位姿,本文采用接触力信息,提出了一种针对同步三指式末端执行器的目标位姿估计方法。在分析末端执行器几何约束特征的基础上,提出目标位姿估计方法。根据接触力判断接触手指,并结合末端执行器运动学分析结果,判断接触点位置和法向方向。利用两次有效接触信息,采用空间平面相交的方法,进行基于最少接触信息的位姿估计过程。当存在冗余接触信息时,采用最小二乘法对估计结果进行更新。通过仿真验证了估计方法的有效性。该估计方法适用于此类爪式末端执行器,具有一定的通用性。     

DLR/HIT仿人机器人灵巧手的设计

基于对人手结构及功能的分析，提出了仿人机器人灵巧手的设计依据，并以此为目标设计了DLR／HIT仿人机器人灵巧手。DLR／HIT手具有与人手相似的自由度配置，共有13个自由度，具有4个相同结构的手指，每个手指具有3个自由度，拇指另有一个张开／闭合的自由度，包括位置、力／力矩、温度等多种感知功能以及高速实时控制器的设计，这些功能赋予了DLR／HIT手更强的操作能力。通过抓握仿真，证明DLR／HIT手能够在一定范围内实现人手的抓握操作。     

复杂场景中航天器靶标的快速识别

基于靶标的几何特征提出了一种快速识别算法来解决目前航天器靶标识别存在的问题。设计了一款带有线段与圆环图案的合作靶标。利用高斯滤波去除图像中的噪声,运用Canny检测算子得到边缘图像,并跟踪得到单像素边缘序列。然后,通过判断非共线四点是否共圆排除大部分不可能构成圆的边缘,利用同一圆周的两段子弧对应相同圆心和半径的几何特征实现圆检测。最后根据靶标圆与线段的几何关系排除干扰,实现靶标的准确识别。实验结果表明,该靶标识别算法对噪声、光照、旋转等不敏感,能够在多种复杂场景中快速、准确地识别靶标,处理时间小于125ms,满足实时位姿测量8帧的需要。目前,该算法已经成功应用于工程样机。     

可编程门阵列在无刷直流电机控制中的应用

随着微电子工艺向深亚微米发展,使在一个芯片中可以集成很大的系统成为可能,另外较大门数的可编程逻辑器件的出现为实现这种系统提供了方便和经济的途径。该文详细介绍了可编程门阵列器件(FPGA)及其在无刷直流电机控制系统中的应用。FPGA的使用简化了系统结构,提高了系统工作的稳定性和可靠性。本系统利用硬件描述语言VHDL设计在片内实现电机控制逻辑。软件仿真和试验结果均表明输出波形稳定、精确。该系统已成功应用于机器人仿人灵巧手指中。     

DLR/HIT Ⅱ灵巧手控制系统及基关节同步控制

针对多传感器、多自由度机器人灵巧手,开发了基于DSP&FPGA的多层控制系统。将手指驱动控制系统和传感器系统集成在手指内部,使得与人手尺寸和活动性相似的DLR/HIT Ⅱ五指机器人灵巧手得以实现。对于手指基关节差分齿轮的运动协调问题,设计了包含速度和加速度前馈项、同步误差和位置误差反馈项以及平滑鲁棒非线性反馈补偿项的交叉耦合同步控制器,该控制器不需要精确的动力学模型。经与传统的非同步控制PD加摩擦力补偿控制和轨迹跟踪控制对比,实验验证了所设计的控制系统及交叉耦合同步控制器的有效性。     

空间机器人关节电磁制动器及其实验研究

针对空间机器人可能出现的失电失控问题,设计了一种新型双面摩擦弹簧电磁制动器。该制动器结合了ERA制动器和汽车盘式制动器的优点,相比普通弹簧摩擦制动器,该制动器在相同制动压力下可提供双倍制动力矩。利用有限元法分析了制动器电磁场的静态和动态特性,验证了制动器制动性能。通过对该制动器在真空高低温环境下进行多次制动实验,得到其制动力矩随制动次数变化的关系。根据实验前后摩擦副中各摩擦表面磨损状况的对比分析,找到了制动力矩改变的原因。为了使制动器稳定工作,提出了进行钛合金制动片表面处理以及在安装之前对制动器进行充分跑合的改进措施。     

空间机械臂在轨维修的视觉伺服操控策略

首先分析了空间机械臂/机械手系统在轨旋拧螺钉任务的尺寸链误差．为修正微重力环境和机械臂、模拟维修单机在轨安装导致的位姿偏差,特别是消除机械手抓取电动工具导致的随机误差影响,提出了航天员在轨标定电动工具位姿/全局相机测量电动工具位姿并引入机械臂进行视觉伺服的控制策略．设计了视觉伺服控制器,给出了该控制算法的收敛证明和稳定性分析．通过在轨实施,该策略实现了机械臂/机械手系统拧松螺钉时位姿误差不超过3 mm/2°的任务要求．     

五指仿人机器人灵巧手DLR/HIT Hand II

基于机电一体化设计思想和最新的驱动技术,研制DLR/HIT II仿人灵巧手。该灵巧手由5个相同结构的模块化手指和1个独立的手掌构成,每个手指有4个关节、3自由度,所有的驱动器和电路板均集成在手指或手掌内。采用新型的体积小输出力矩大的盘式无刷直流驱动电动机、质量轻的谐波减速器、齿形皮带等的驱动传动方案,使手指的体积和质量得到显著减小;采用钢丝耦合传动方案,实现手指末端两个关节的1:1耦合运动;手指具有位置、力/力矩、温度等多种感知功能。层次化的灵巧手硬件结构由手指电气系统、手掌电气系统和PCI总线控制卡等组成,灵巧手具有点对点串行通信、CAN以及网络等多种通信接口。在灵巧手的外观设计中,将外观设计与灵巧手的本体设计融为一体,实现灵巧手与人手相近的体积和外观。5指灵巧手的质量为1.5 kg,手指的指尖输出力10 N。     

基于微处理器的CCD驱动逻辑产生方法

分析了几种常用的ＣＣＤ驱动时序产生方法及其优缺点，并着重介绍了利用高性能微处理器产生ＣＣＤ驱动时序的具体实现及其特点。     

TMC428型3轴步进电机控制器的原理及应用

TMC428是TRINAMIC公司最新开发的步进电机运动控制器．它可减少电机控制软件设计的工作量，降低开发成本。以它为核心（包括TMC236型步进电机驱动器）构成的3轴步进电机驱动控制系统具有尺寸小、控制简单的优点，可同时控制3个两相步进电机。