HIT/ DLR 灵巧手全数字化传感器系统

介绍了哈尔滨工业大学机器人研究所(HIT）和德国宇航中心(DLR)合作研究的第二代多指灵巧手的全数字化传感器系统，该系统利用新型微型电子元件采集传感器信号实现数字化输出，在FPGA中进行信号的处理和控制，并通过串行通讯在DSP中的实现最终控制算法。在灵巧手的传感器系统中，作者着重介绍了指尖六维力／力矩传感器、关节位置传感器、电机霍尔传感器等。     

随动式测量机器人测试系统的研制

在介绍随动式测量机器人测试系统工作原理、应用领域和总体构成的基础上，阐述机器人本体结构的设计并分析其测试空间，介绍多通道光电码盘数据采集与接口电路的研制，说明基于FPGA的多通道码盘信号处理模块和应用PCI9052实现PCI接口的设计过程。根据机器人运动学应用传统的Denavit—Hartenberg参数表示法建立了机器人的教学模型。     

基于肌电信号的仿人型假手控制

提出了一个表面肌电信号运动模式分类器，利用安置在拇长屈肌和指深屈肌上的2个电极所测得的肌电信号，该运动模式分类器能够成功的分辨出拇指、食指和中指的弯曲运动。完成了对所研制仿人型残疾人假手的控制。     

机器人多指灵巧手基关节力矩/位置控制系统的研究

HIT-1型机器人手是一种具有多种感知功能的仿人多指灵巧手．目前对多指手单关 节单自由度控制的研究较多,而对两自由度的手指基关节的研究却较少．本文分析了HIT-1 型手两 自由度基关节的运动学和动力学模型,并在此基础上建立了基关节的位置和力矩反馈控制系 统．本文采用工业中常用的PID控制算法分别实现了手指基关节在自由空间的位置控制和在 约束空间的力矩控制,并对实验结果进行了分析．     

仿人型机器人手的力矩保持功能及控制系统

针对仿人型机器人手的力矩保持问题,利用混合式步进电机的自锁特性,设计了具有力矩保持功能的手指驱动器,使手指抓取物体时保持抓取力不减小,同时电机不消耗电流.采用非线性跟踪微分器对位置信号滤波得到速度信号,设计了位置控制器和阻抗力矩控制器.实验结果证明,基于步进电机的自锁机构具有体积小,噪音低的优越性,阻抗控制器的力矩控制结果较好.     

利用线激光的机器人作业系统三维物体扫描输入的研究

分析了几种三维物体模型的输入方法,并介绍了利用线激光器及彩色ＣＣＤ摄像机构成的三维物体扫描输入系统。着重讨论了利用神经网络的三维物体扫描测量系统的标定及测量方法,并给出了利用这一系统进行实际测量的效果。     

基于连杆力矩传感器动态补偿的机器人灵巧手笛卡儿阻抗控制

为了对连杆空间力矩传感器进行动态补偿,提出了适用于求取串联机器人任意连杆中任意一点处所受的内力和内力矩的算法.该算法采用连杆假想截断原理利用牛顿-欧拉方程推导而出.推导过程综合考虑了串联机器人是否处于静态以及末端是否受外力作用的情况,以及串联机器人的关节是否是回转关节的情况.然后利用该算法计算动态补偿值,构建了基于连杆力矩传感器动态补偿的笛卡儿阻抗控制器.最后在HIT/DLR Hand II五指灵巧手上进行了实验验证.实验结果一方面验证了该算法的有效性,另一方面也验证了本文所构建的笛卡儿阻抗控制器的有效性.     

柔性关节机器人基于柔性补偿的奇异摄动控制

传统的奇异摄动方法仅适用于关节具有弱柔性的机器人的控制．为了解决这一问题,设计了关节柔 性补偿器,大大提高了关节的等效刚度,从而消除了关节柔性对该方法的限制,使得奇异摄动方法能够应用于关 节具有一般柔性的机器人系统中．此外,对于慢子系统的控制,选择以投影算法作为参数估计规律的自适应控制 器,并证明了它的渐近稳定性．该控制策略没有关节柔性限制,不需要连杆加速度及其微分信号,便于工程应用． 最后以本实验室的柔性关节机器人为研究对象进行了实验研究,验证了所提控制策略的有效性和可行性．     

空间机器人最优能耗捕获目标的自适应跟踪控制

提出了一种能够引导末端执行器以期望速度跟踪目标的轨迹规划方法。该方法可以实现避障并满足关节限制要求。基于轨迹规划方法,设计了一种利用自由飘浮空间机器人跟踪与捕获章动自旋卫星的自适应控制策略。此外,该控制策略还考虑了最优能耗、测量误差和优化误差。首先,为了使执行器的跟踪误差和机械臂的能耗最小,将空间机器人的控制策略描述为一个关于关节速度、力矩和避障距离的不等式约束优化问题。然后,推导出一个系数为下三角矩阵的显式状态方程,并对目标函数进行解耦和线性化。设计了一种关节速度和力矩分段优化方法去代替传统的凸二次规划方法求解最优问题,这种方法具有较高的计算效率。最后,利用李雅普诺夫稳定性理论验证了所提控制方法的收敛性。     

Design of a novel finger of DLR/HIT dextrous robot hand based on mechatronic integration

With the idea of mechatronic integration,a novel finger of the dextrous robot hand has been designed. The finger with nice envelop has four joints with three DOFs driven by three brushless DC motors with smaller size and more torque. The use of rigid gear head,bevel gears and linkage in the transmission system makes the finger more rigid. Abundant sensors such as joint angle sensors,joint torque sensors and temperature sensors are located in the finger. Integration and modularization are achieved at most by high integration of finger body,driving system,sensors and electronics.