气动仿人柔性灵巧手工作空间分析与抓取实验

采用自主研发的气动柔性关节,仿人手外形研制了一种新型柔性灵巧手。该机械手为人手的1.5倍,每根柔性手指由两个气动柔性关节组成,通过调节关节内气压控制手指形变实现机械手抓取物体。利用三维运动捕捉系统和机械手气动实验平台进行了不同气压下柔性手指的运动学实验,分析了机械手工作空间,并进行了机械手抓取实验。实验结果表明:该机械手具有较好的柔性和物形适应性可实现多种抓取模式和完成不同类型物体抓取;五指握取时可抓持最大物体直径为220 mm,最小物体直径为50 mm,质量为1 kg的物品。     

气动柔性五指机械手结构设计及其抓取实验

根据仿生学原理,仿照人手外形设计了气动柔性五指机械手。该机械手手指结构采用模块化设计,由自主研制的气动单向弯曲关节和多向弯曲关节通过连接盘串联组合而成。在建立的机械手气动实验平台上,完成机械手的抓取实验。结果证明该机械手动作灵活,具有较好的物形适应性,可以抓取球体、圆柱体和长方体等多种形状的物体。     

气动四指柔性机械手结构功能和抓取实验研究

针对现有机械手柔性不足问题，提出一种新型的气压驱动的多指柔性机械手。采用自主研制的多驱动型单向弯曲柔性关节，设计了柔性气动拟人手指;采用模块化设计，将4个手指安装在拟人手掌上，构成了具有4个自由度的柔性机械手本体结构，达到了用少自由度机械手实现10余自由度机械手抓、握、捏、弹等功能。搭建机械手抓取实验系统，完成了机械手相关抓取实验。实验结果表明：该四指机械手能够对典型的物体形状如球形、圆柱形及异形物体等实现稳定抓取。     

带传动式仿人机械手抓取规划及稳定性分析

为提高仿人机械手抓取稳定性,根据目标物体的结构形状、尺寸大小及机械手位置姿态,合理规划仿人机械手与抓取目标间的抓取方式及接触点分布;通过分析手指与目标物体间接触类型的抓取状态力学模型,引入机械手抓取稳定性指标参数,建立机械手抓取数学模型,确定机械手抓取稳定性与抓取平面位置、手指与目标抓取物体接触点分布间的映射关系;通过仿真实验验证了:仿人机械手的抓取稳定性与机械手抓取平面离目标物体质心的距离有关,抓取平面越靠近目标物体质心,抓取稳定性越强,并在抓取平面与目标物体质心重合时达到最大,仿人机械手的抓取稳定性与抓取平面上手指和目标物体的接触点位置分布无关;该结论为后续仿人机械手的抓取控制规划提供了理论依据。     

变腔室气动软体机械手结构设计与实验

采用自制的变腔室气动驱动器设计了一种柔性三指机械手,通过依次改变驱动器的腔室结构提高柔性手爪的变形和刚度。建立变腔室气动软体驱动器形变模型,分析腔体鼓包变形与腔内气压关系,并进行仿真分析和静力学实验,获得不同气压下的变形特性和不同触点的正压力。进行了不同形状和尺寸物品的抓取实验,结果表明:该三指机械手具有较好的柔性和灵活性,变腔体结构的驱动器可以提高软体手爪的变形和夹持力。     

一种基于四构件变胞机构的气动柔性拿捏机械手的设计及其运动学分析

变胞机构与常见的定自由度机构相比,具有特殊的性能。设计了一种以气体为驱动力的自适应四构件变胞拿捏机械手,该机械手简化为3个手指,以一个气缸驱动,每个手指有两个转动关节,在每个手指拿捏物体部位衬以硅胶并贴以力传感器,控制气缸压力,致使拿捏力可在设定范围内进行调整,是一种具有一定柔性的执行器。该执行器将变胞机构的工作原理和气体柔性驱动技术相结合,是一种基于四构件变胞机构的气动自适应柔性拿捏机械手。阐述了该拿捏机械手的机构结构原理,并对该机械手进行了运动学分析。分析表明该机械手具有自适应性,适合用于在易碎的玻璃瓶抓取、人体推拿执行器中等场合。     

变结构气动软体机械手的设计及试验研究

针对软体机械手抓取稳定性差等问题，设计一种由转换机构和软体手指等组成的变结构气动软体三指机械手。机械手可实现4种抓取模式，通过转换机构的结构变换改变软体手指的工作空间，使其处于最佳抓取位置。建立手指的单腔室弯曲数学模型以得出充气压力和弯曲角度的关系，采用有限元法分析各参数对腔室弯曲角度的影响，并对腔室结构进行优化；通过充气弯曲试验，验证了软体手指的良好性能；通过软体手指输出力测试获取输入气压和输出力的关系。制作样机并对8种物体进行抓取试验，结果表明：该机械手抓取稳定，能够实现对0~320 g范围内各种不规则及软硬度不同物体的无损抓取。     

气动机械手控制系统设计与多软件联合仿真

针对混流自动化生产线的转运需求,设计一套气动机械手机构,其自适应柔性手指可用于抓取和搬运各种形状、大小的轻质物品。根据系统的控制要求,分别采用FluidSIM-P、GX Works2、KingView软件进行气路设计、PLC编程与界面组态。借助MX OPC Server软件构建数据服务器,提供控制过程数据访问接口,实现多软件协同仿真的数据链接和嵌入。仿真结果显示:各软件间的数据交换实时同步,机械手自动运行过程达到预期效果。此仿真实验方法便于多视角、动态监控机械手的运行状态,为日后投入生产实际应用提供参考。     

并行连杆传动的机械手指结构设计及运动学分析

针对现有汽摩装配工艺中所用机械手存在抓取方式单一及手指结构复杂的问题,设计一种两组连杆并行传动的三自由度机械手指,运动学分析结果证明该手指具有平滑的运动轨迹。搭建由3个该机械手指构成的机械手并进行目标抓取实验。实验结果表明:由该机械手指构成的机械手能够对多种形状目标实现稳定抓取,且具有较好的柔顺性与灵巧性,为汽摩装配工艺提供了参考。     

视觉机械手的抓取方法研究

针对机械手抓取物体大多以指定位置抓取特定物体的方式及柔性差的问题,提出利用基于深度学习方式的目标检测算法对物体进行识别。通过双目视觉算法检测物体所在的空间位置,利用D-H法进行机械手的坐标解算,从而实现物体的抓取。根据实际需求,采用实时性较好的YOLOv4目标检测算法与OpenCV中的立体匹配算法SGBM相结合的方式实现目标定位检测,并且通过租用云端服务器来训练神经网络和运行程序的方式降低本地硬件要求。实验结果表明：该机械手抓取物体的成功率达到了84%,验证了该方法具有较好的准确性,基本满足智能制造中的实际需求。     

气动单向弯曲关节柔性手指静力学特性实验研究北大核心

某气动单向弯曲关节柔性手指由人工肌肉和弹性钢板并联组成,弯曲变形时具有大变形和非线性特点,静力学模型十分复杂且不利于控制。为便于实时精准控制,进一步简化手指静力学模型,并对其静力学特性进行实验研究。搭建静力学实验平台,对单肌肉驱动和双肌肉驱动两种不同驱动类型的柔性手指在不同限位面和等外载荷工况下分别进行夹持力和弯曲角度的对比实验。利用MATLAB对实验数据进行处理分析,得到手指夹持力和弯曲角度的经验模型。结果表明:气动单向弯曲关节柔性手指夹持力与弯曲角度、工作气压和驱动肌肉数目之间存在非线性关系;与静力学理论模型相比,该经验模型具有更高的精度,夹持力模型预测误差能控制在0.76 N内,弯曲角度模型误差可控制在6.9°内。     

基于FPA的三关节气动手指的神经网络控制

介绍了一种基于FPA的气动柔性手指,该手指具有体积轻、能直接驱动和柔性好等特点.根据该手指的运动学模型,提出了神经网络控制方法,建立位置控制模块网络(PCNET)和驱动器控制模块网络(ACNET),通过ACNET控制伺服阀输入电压,解决系统延迟问题,通过PCNET解决手指的位置控制.仿真结果表明,该控制算法能很好地实现手指控制的精确度和快速性.     

基于鳍条效应的柔性夹爪设计与试验研究

针对协作机器人在非结构化或动态变化环境中,对随机目标物体抓取困难的问题,参考鳍条结构,采用热塑性聚氨酯弹性体,结合增材制造技术,提出一种自适应柔性夹爪的解决方案。利用SolidWorks建立模型,在有限元分析软件ANSYS Workbench中通过虚拟正交试验进行静力学分析,完成夹爪结构的优化。在协作机器人Baxter上进行抓取试验。结果表明：设计的柔性夹爪能够满足对日常用品抓取的需要,在抓取形状各异的物体时效果良好,具有较好的自适应性,能够实现无损抓取。     

气动柔性关节的抓取机械手的受力分析

文章提出一种基于弹性波壳伸缩的柔性手指关节，介绍了关节的工作原理，设计了关节的结构、及其抓取机械手。结合受力分析，建立了关节弯曲的角度与弹性波壳内腔的气体压力之间关系的数学表达式与静力分析算法，讨论了关节结构尺寸与临界角度的关系，得出了抓取机械手的抓取力和弹性波壳内腔的气体压力之间数学公式，并进一步根据该模型给出了计算分析示例。柔性关节在结构较为新颖，具有缓冲性好、动作灵敏等特点，适宜用作机器人的末端抓持机构。