DLR/HIT多指机器人灵巧手的研究

基于机电一体化设计理念和集成化、模块化设计方法研制了DLR/HIT灵巧手,DLR/HIT灵巧手具有4个相同结构的模块化手指,共具有13个自由度,具有拟人手形的外观.采用商品化的直流无刷电机实现了手指的驱动;手指具有位置、力/力矩及温度等多种感知能力;基于DSP/FPGA等实现了手指的通讯和实时控制;高度集成,将所有部件均集成在手指和手掌内.DLR/HIT手具有很好的可靠性、可操作性和精细操作能力.     

采用Si9979的无刷直流电动机驱动电路设计

介绍了一种新型的基于Si9979、FPGA和DSP的手指驱动系统。证明了由Si9979、比较电路、光耦隔离电路和MOSFET电动机驱动电路组成的四层无刷直流电动机驱动电路板可以满足驱动和空间要求。设计的R—C缓冲电路,很好地抑制电流方向快速切换时产生的瞬时电压,保证驱动系统的可靠性。     

PCI接口控制器CY7C09449及其应用

CY7C89449是Cypress公司开发的PCI协议主/从模式接口控制器.介绍了其功能特点及应用,并说明了引脚功能及配置注意事项.给出了一个机械手控制卡电路实例,旨在介绍如何利用CY7C09449实现PCI与TMS320C6711之间的数据传输.     

基于几何特征的圆形标志点亚像素中心定位

视觉测量系统中圆形标志点中心定位的精度易受噪声的影响。为了增强其抗噪性从而提高定位精度,提出了一种利用几何特征以降低噪声干扰的中心定位算法。首先将自适应阈值分割法与质心法相结合,对点目标进行圆心粗定位。利用粗定位的圆心和半径对Canny算子检测到的边缘进行半径约束,以消除孤立点和噪声点。然后根据理想的圆成像后边缘点分布的几何特征和链接规律,采用一种基于分区原理的方法获取点目标的理想边缘。最后,采用Zernike正交矩对像素级边缘点进行亚像素定位,并用最小二乘椭圆拟合法计算得到中心坐标。实验结果表明,该方法的定位精度可以达到0.023 7pixel,算法的运行时间为2~3ms,基本满足测量系统对于圆形标志点中心定位在精度、稳定性和实时性上的要求。     

全数字输出的集成式微型多维传感器

本文提出了一种基于INA337仪表放大器及TLV0838串行A/D转换器的集成式微型多维传感器。该传感器可实现六维力/力矩及两维加速度的测量,输出为SPI串行总线。     

轻型臂关节力矩传感器的设计

介绍了轻型臂智能关节力矩传感器的弹性体及信号调理电路设计，进行了传感器静态标定试验的研究，为改善传感器的动态响应特性，根据“逆模型”思想，采用最小二乘法、基于函数联接型神经网络法以及辅助变量法设计了力矩传感器的动态补偿器。实验结果表明，辅助变量法具有更好的补偿作用，设计的力矩传感器满足轻型臂系统的要求。     

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.     

基于启发式的快速扩展随机树路径规划算法

针对基于随机采样的路径规划缺乏确定性的问题,提出一种具有启发式的多自由度机器人路径规划算法.该算法在快速扩展随机树算法的基础上,引入了启发式估价函数,使扩展随机树有利于朝目标点方向进行生长.仿真结果表明,提高了复杂环境下机器人路径规划的效率,保证了规划的路径接近于最短路径,对同一任务的规划具有一定的可重复性.     

HIT/DLR HandⅡ类人形五指灵巧手机构的研究

为了使灵巧手的外观和结构功能更加类人化,研制了新一代类人形机器人五指灵巧手--HIT/DLR Hand Ⅱ.该灵巧手由一个独立的手掌和5个完全相同的具有4个关节3个自由度的模块化手指构成.机电集成的设计思想保证了所有驱动器,传动系统和电路系统都集成在手指和手掌的内部.钢丝耦合机构的采用,保证了手指末端关节在整个运动范围内都能够保证精确定1:1传动比.包装件同结构功能件融合的设计思想不但进一步缩减的灵巧手的外形尺寸,而且使灵巧手外形更加类人化.所有的创新型设计使灵巧手的手指外形尺寸仅是上一代手指的1/3.此外,为了提高灵巧手的多感知能力,重新设计的力/力拒传感器,位置传感器及温度传感器通巧妙的集成在手指的内部.试验表明,所设计的灵巧手不但达到了设计目标,也表现出了很强的抓握能力.     

多自由度仿人型假手设计

为了突破目前假手功能的局限,提高使用者的认可程度,设计了集成化的多自由度假手.它的手指设计采用了两种四连杆机构,基关节和中关节之间采用欠驱动连杆传动,能进行自适应抓取;中关节和远关节之间采用耦合连杆传动.手里有三个驱动电机,食指、拇指分别由一个电机驱动,其他三个手指由一个电机驱动.手指上安装了位置和力矩传感器.控制系统由两个DSP控制板组成,不仅实现了基于两路肌电信号的假手动作识别,并且可以进行手指的位置和力矩控制.抓取实验显示这个假手具有很高的抓取能力和灵巧性.