一种新型欠驱动三指节手指机构的结构设计及优化

针对当前存在的欠驱动假肢手手指机构拟人特性较差这一缺陷,通过综合耦合型手指在结构上的优势,引入能够使得各手指进行耦合运动的耦合连杆,提出了一种能够实现自适应包络抓取并具有较强拟人特征的新型三指节欠驱动手指结构,从而很好的弥补了欠驱动手在抓取过程中动作僵硬、耦合性差的不足。分析该手指的抓取过程,初步验证了该欠驱动手指完成包络抓取的可行性。根据虚功原理对手指的抓取静力学模型进行分析,得出完成包络抓取时各指节对物体的接触力,基于三指节手指抓取力尽可能均匀分布这一原则,建立手指结构优化的目标函数,利用matlab遗传算法工具箱对手指进行优化设计,得到满足上述原则的欠驱动手指机构的各杆件尺寸及抓取姿态。     

电磁驱动式微小夹持器的研制

概述了集成化微小夹持器的研制现状,介绍了电磁驱动式斜楔机构微小夹持器的结构设计、实验以及关键零件的确定.     

基于遗传算法的平面欠驱动机器人模糊控制

以平面欠驱动机器人为研究对象,对其运动控制问题进行了研究,提出了一种基于遗传算法的模糊控制新方法.控制目标为实现欠驱动机器人的任意位置控制.控制器直接以关节角度误差变量作为模糊控制器的输入,引入遗传算法对模糊控制规则和隶属度函数同时进行优化,进而得到最优模糊控制系统,最后进行数值仿真,仿真结果表明所设计的控制器能快速精确的实现2自由度及3自由度欠驱动机器人的任意位置控制,且具有很好的稳定性.     

基于人手抓握复现的欠驱动假手结构设计

假手的运动拟人性主要体现在抓取过程中手指各个关节间的协同性上。根据神经学原理,人手完成一个抓握动作需要几十个肌肉协同作用。人手是假手设计的范本,将这个原理推广到假手中,通过2个电机的协同输入,实现四指12个关节的协同输出。协同的具体参数通过人手抓握数据采集的降维处理计算得出。在拟人假手的设计中,首次提出通过集成在手掌内部的微型行星齿轮来合成2路输入,实现协同控制。经过ADAMS仿真,本假手能够完成多种日常抓握姿势。     

欠驱动机构的运动学分析及应用研究

欠驱动机构是指驱动数少于机构自由度数的一类机构,近些年来对于欠驱动机构的研究主要集中在欠驱动机构的控制策略上,对于欠驱动机构运动规律的研究却不多。探讨了欠驱动机构的运动规律——阻尼最小定理,通过仿真验证了该规律,并将其拓展到四杆机构。运用此规律对于欠驱动仿人手指进行了运动状态分析。最后给出了一些欠驱动机构的应用实例。     

基于COMSOL的SMA-电机复合驱动夹持器仿真分析

针对机器人末端执行器的位置精度控制要求,设计基于形状记忆合金和电机复合驱动的夹持器及其结构,建立电机和形状记忆合金的本构模型,利用COMSOL软件研究电机驱动和形状记忆合金相变对夹持手指位移的影响.仿真结果表明:采用复合驱动的夹持器,发挥了电机和形状记忆合金的优点,实现了机器人末端执行器的精准位置控制.     

欠驱动机器人研究综述

欠驱动机器人是指控制输入小于系统自由度的机器人,具有重量轻、成本低、能耗低等众多优点,目前已引起学者们的广泛关注。重点介绍了欠驱动机械臂在动力学建模、动力学特性、可控性分析、轨迹控制和系统的稳定性、鲁棒性研究等方面的发展现状,并对欠驱动机器人的研究方向进行了展望。     

欠驱动非线性系统的控制方法研究

欠驱动非线性系统的控制是目前非线性控制的一个重要领域。本文综述了当今国内外关于欠驱动控制的方法,结合典型应用例子详细分析了各种方法的特点、优点和不足之处,并提出了欠驱动控制方法的发展方向。     

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。     

欠驱动多指机械手优化设计与抓取稳定性分析

针对欠驱动机械手多模式抓取问题,提出了一种手指可拆卸、具有复合抓取功能的欠驱动机械手。为了研究欠驱动手的抓取性能,分别研制了一种弹簧自适应3指节手指机构和一种双四连杆3指节手指机构,两种手指机构均使用四连杆机构的运动原理。手指的性质对欠驱动机械手的抓取稳定性影响很大,对欠驱动机械手单个手指的属性进行分析,分析了关节接触点位置及接触力对抓取稳定性的影响,提出了接触力及力矩平衡的研究分析方法,探讨了影响抓取稳定性的因素。     

基于遗传算法的欠驱动双足机器人步态优化设计

步态设计是双足机器人运动规划和动力学控制的关键问题。为了解决欠驱动双足机器人的步态设计问题,基于虚拟约束的思想,设计了3连杆欠驱动双足机器人的时不变参考步态,并以每步能耗为目标函数采用遗传算法对步态参数进行优化求解。基于有限时间反馈控制的动力学仿真表明,采用遗传算法得到的最优时不变参考步态,3连杆欠驱动双足机器人能够产生稳定周期行走,且具有较高的能量效率和较小的驱动力矩。建立的步态优化设计方法简单有效,可推广应用于其它类型的欠驱动双足机器人。     

3-DOF索杆桁架式欠驱动机械手运动控制

索杆桁架式机械手是将绳轮传动系统和平行四边形机构结合而提出的一种新型欠驱动机械手。绳索驱动力同时驱动手指关节耦合运动,而手指关节运动又会直接改变绳拉力在各指节单元的驱动力分布,导致索杆桁架式欠驱动系统具有强非线性和运动耦合特点。针对该问题,利用虚功原理,将绳轮传动系统等效为耦合的关节驱动力矩,并建立3-DOF手指准静态运动学模型。根据手指最大运动空间约束条件,确定关节弹簧配置分布并开展手指准静态运动空间分析。采用拉格朗日方程法建立手指一般动力学方程,并转换为"A-P"型等效动力学模型。在此基础上,开展预变形阶段运动控制研究。通过仿真分析和样机试验验证所提分析方法和运动控制策略的有效性。     

基于MATLAB和ADAMS的瓶颈夹持器优化设计与仿真

设计了一套具有自锁性的夹持器,采用Solid Works软件对该夹持器进行三维建模,建立其主要结构——偏置滑块摇杆机构的数学模型,利用MATLAB软件进行优化计算,使得该夹持器在满足最大张角和结构合理等要求的情况下,将滑块的行程最小化,使夹持器结构更加紧凑。最后利用ADAMS软件进行动力学仿真,计算验证优化结果满足要求。     

三关节连杆欠驱动手爪参数优化

欠驱动手爪抓取的性能主要由其机构设计所决定的,然而各关节的几何尺寸参数和作用在关节上的力矩对包络抓取的稳定影响是未知的,面向多自由度欠驱动机构的包络抓取稳定性研究仍存在诸多难题。提出了一种以接触力相等为目标函数的方法,以传动角和传动比为约束条件,确定欠驱动连杆关节几何参数,设计连杆欠驱动机构。并建立其优化设计模型,利用目标优化函数求解了在约束条件下的最优解。为进一步优化关节尺寸几何参数和驱动参数以及结构设计提供了一种有效的方法。     

欠驱动机器人的切换姿态优化及全局稳定控制

讨论了欠驱动两杆机器人控制中存在的控制器切换问题并将其归纳为一类优化问题,提出了一种优化切换姿态并保证全局稳定的控制器设计方案。在系统全局稳定的条件下,将对欠驱动关节的控制能力作为优化目标。采用基于弱控制Lya-punov函数的方法设计摆起控制器;利用线性二次调节器(linear quadratic regulator,LQR)方法设计平衡控制器;使用控制器切换环节实现控制器的最优切换,其中控制器切换环节的设计借助平衡控制器吸引域的概念和遗传算法来实现。仿真实验中,应用该方法得到的控制器不仅能实现控制目标,还能使系统具有更强的抗干扰能力,并缩短18.8%的控制时间。     

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.     

欠驱动非线性控制方法综述

欠驱动系统非线性控制是目前自动控制领域研究的一个新热点。该文针对欠驱动水面船舶这一典型欠驱动机械系统,综述了当今国内外关于欠驱动镇定及航迹跟踪控制器设计的新方法,并提出了欠驱动控制的研究方向。     

欠驱动冗余度机械臂的动态自重构

分析了欠驱动冗余度机械臂不同机构模式下运动学模型及动力学模型之间的关系,给出了欠驱动机械臂工作于全驱动模式下的动力学操作性度量指标。提出了一种欠驱动机械臂工作在欠驱动模式时的基于非线性控制技术的自运动控制方法,利用少维数的控制输入实现了机械臂的多维关节空间的运动控制,使欠驱动冗余度机械臂能完成自运动流形控制。提出一种动态提高欠驱动冗余度机械臂工作于全驱动模式时的操作性能的方法,通过有两个被动关节的平面四关节欠驱动机械臂进行了仿真验证。     

欠驱动柔性机器人动力学建模及仿真

根据欠驱动机器人的结构特点，以柔性多体系统动力学理论为基础，采用便于实时控制的假设模态方法，建立了具有柔性杆件的欠驱动机器人的动力学模型。对动力学模型的求解进行了分析，讨论了被动关节处模态函数各种边界条件的确定。通过对二自由度欠驱动机器人被动关节的位置控制，实现对柔性杆的弹性变形及其变化的仿真分析，所得结果验证了假设模态方法动力学模型的有效性，反映了不同驱动器位置系统的振动特性和对系统振动控制的必要性。     

欠驱动机器人最优运动轨迹生成与跟踪控制

以被动关节自由的欠驱动机器人为研究对象,对其最优运动规划与轨迹跟踪控制问题进行研究,控制目标为实现欠驱动机器人关节的任意位置控制.对欠驱动机器人系统的可控性条件进行分析,提出部分稳定规划器的思想,利用遗传算法对建立的适应度函数进行全局优化,得到部分稳定规划器的最优切换顺序.利用变结构控制方法进行反馈控制,实现了期望轨迹的精确跟踪.提出的方法一方面利用遗传算法的全局搜索能力,不必考虑机器人的严格线性化,能够快速、准确地实现路径寻优,且具有很好的稳定性:另一方面采用的变结构控制方法能够对系统干扰及参数变化具有良好的自适应性,因此本方法可以很容易推广到多自由度欠驱动机器人系统控制当中.通过末关节为被动关节的平面3自由度机器人进行仿真,仿真结果证明了方法的有效性.