多功能气动柔性三指机械手设计与实验

基于自主研制的气动柔性关节设计一种多功能三指机械手,通过放置于手指连接件的回转气缸可以调节柔性手指的位置,以适应不同形状和尺寸物体的抓取。利用ADAMS进行机械手的运动和抓取仿真,并进行柔性手指静力学实验、机械手位姿和抓取实验。仿真和实验结果表明:该机械手具有抓、握和勾3种抓握模式,可以灵活地抓取不同尺寸的球形、方形、三角形和圆柱形等物体。气动柔性手指最大弯曲角度为275°,最大夹持力为5.5 N;该机械手抓取物体最大直径为250 mm,质量为1 kg。     

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。     

双电机协同控制的变掌机械手抓取范围研究

针对双电机协同控制手指变位与转位的变掌机械手的结构,建立了机械手工作时的简化运动模型,通过对手指在抓取过程中的运动学分析,得出了手指的运动轨迹,计算出手指在接触物体后的运动趋势,即驱动力的施加方向;利用D-H变换矩阵表达了相邻连杆间的位姿关系,得到机械手手指的位置坐标表达;根据手指运动轨迹,经计算得出手掌的抓取范围,通过Matlab软件计算实例,验证了运动模型的正确性。     

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。     

水下作业液压机械手软抓取技术的研究

水下机械手常要进行抓取作业,为了能把物体抓住而又不因夹持力过大而对物体造成伤害,本文设计了一种用于水下的滑觉传感器,对抓取时遇到的问题及相应的施力策略进行研究,并设计了一种模糊神经网络控制器,它具有自学习、并行分布存储信息及快速模糊推理的能力,能够满足机械手软抓取作业的要求。     

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。     

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。     

仿人手精巧抓取柔性末端结构设计与变形特性研究

为提高机器人柔性末端的适应性、稳定性、精确性和易控性,以圆柱形物体抓取为例设计3种仿人手柔性手爪方案并进行优选;针对仿人手非对称手爪的变形特点,提出包括抓取对象偏心距、末端位移垂直偏差、末端位移水平偏差、柔性手指曲率半径、最小工作压力在内的5个评价指标。通过单指变形特性试验和多指手抓变形特性试验,分析不同状态下的手爪变形规律。研究表明:采用对开式三指布置能有效降低最小工作压力;与长短手指组合相结合后,能有效提高不同压力和负载下的抓取稳定性和精度,并使得手指的曲率半径变化线性度提高。总体上,传统柔性手爪方案手爪的变形非线性较强,负载的增加会使手爪所需的工作压力增大;采用非对称布置的仿人手抓取方案综合性能最优。研究结果为机器人柔性末端结构优化及其形态的精确控制提供了参考依据。     

基于改进SIFT算法的机械臂识别抓取研究北大核心

为解决水下机器人进行水下目标物识别时,存在的计算速度慢、抗噪声能力差等问题,提出一种基于SIFT和FLANN的图像识别算法,并在自主研发的机械臂平台上进行验证。使用改进算法提高目标识别的准确率;基于D-H法建立机械臂模型进行运动学分析,实现系统优化控制。利用机械臂进行多组抓取实验。结果表明:所提方法不仅可以准确地识别海参,同时可以自动调节识别框的位置,提高机械臂抓取的成功率,验证了该算法的有效性。     

移运油管机械手设计及其轨迹规划

国内油田修井作业存在人工辅助管柱的起、下操作的危险性以及人工效率低下的问题。研制一种修井作业移运油管机械手,并提出一种新型末端夹持器机构模型,以解决机械手抓取油管的难题。根据D-H参数法创建机械手运动学模型,对机械手进行正逆运动学分析;结合移运油管的工况需求,确定移运过程的轨迹以及经过的目标关键点;使用MATLAB和五次多项式插值法,根据目标关键点进行轨迹仿真,验证机械手轨迹规划的合理性,为机械手的运动控制和轨迹优化提供参考。     

卡盘的若干设计计算问题

以“夹持系数”取代传统的摩擦系数；对卡盘的主要零件重新进行了受力分析，推导出能满足各零件设计计算之用的计算公式；并提出了提高卡盘夹持能力的有效措施：（１）减小卡瓦和卡圈斜面之间的摩擦系数；（２）提高卡瓦和主动钻杆之间的夹持系数     

基于关节位置约束的冗余机械臂协调控制误差仿真研究

针对冗余机械臂关节位置约束问题,设计了冗余机械臂关节位置控制策略,在不同条件下对机械臂运动效果进行仿真验证。建立冗余机械臂简图模型,通过雅可比矩阵推导机械臂运动方程式。分析机械臂优先级任务体系构造,比较冗余机械臂在不同优先级条件下的极限状态,引入了机械臂监控系统。设置机械臂仿真环境,采用MATLAB软件对机械臂运动进行仿真。结果表明:机械臂2个关节都违背了极限限制;监控系统在保证关节位置规避限制的同时,会导致路径跟踪误差较大。但是,路径跟随误差不会影响所需的相对末端效应器运动,能够保持末端执行器的相对运动,保证抓取对象的稳定性;证明了冗余机械臂控制器的有效性。采用该策略避免了运动过程中的机械臂关节的限制,能够实现机械臂抓取物体的路径跟踪功能。     

基于三维布图软件的砂型快速抓取数据生成及处理

三维布图软件提供砂型快速抓取的数据生成及处理,是桁架机械手抓取模型位置数据的来源。使用三维布图软件在布图过程中,通过人为判断、识别、标记模型的左右抓耳、放置面等,然后软件分析输出抓取信息在工作坐标系下的绝对位置,桁架机械手按照抓取信息完成模型抓取。通过布图中模型数据到砂型抓取数据的转换,降低了砂型搬用的工作量,同时也可以减小抓取数据过程中出错的概率,提高整体铸造砂型生产的效率。     

基于Dueling Network与RRT的机械臂抓放控制

针对当前机械臂抓取与放置方式固定、指令单一、难以应对复杂未知情况的不足,提出一种基于深度强化学习与RRT的机械臂抓放控制方法。该方法将物件抓取与放置问题视为马尔科夫过程,通过物件视场要素描述以及改进的深度强化学习算法Dueling Network实现对未知物件的自主抓取,经过关键点选取以及RRT算法依据任务需要将物件准确放置于目标位置。实验结果表明:该方法简便有效,机械臂抓取与放置自主灵活,可进一步提升机械臂应对未知物件的自主操控能力,满足对不同物件抓取与放置任务的需求。     

Reconfigurable handling system

The demand for more versatile assembly and handling systems to facilitate customized production is gaining in importance, especially with regard to the constantly-increasing cost pressure, to expansion of the range of product versions and the shortening of innovation cycles. As a cost-effective approach for frequently changing assembly tasks, a novel manipulation concept has been developed by combining given robot technologies. This new handling system has a modular and adaptable layout, which consists of several mobile arms to manipulate the object in six-dimensional Cartesian space. After grasping, when the arms are attached to the object, the mechanical architecture is similar to parallel manipulators or cooperating robots. As the mounting and gripping points of the arms can easily be changed, the manipulator can be reconfigured so as to match the user’s preferences and needs. In addition to the kinematic adaption the regarding task, the hardware and new functions can be reconfigured as well. Contact elements, measurement and assembly devices as well as testing modules can easily be in integrated in the concept. A modular automatic control concept combined with a self-optimizing planning tool helps the user to find the optimal configuration and realize it in an economic way.     

Research on gripping conditions in profile ring rolling of raceway groove

Ring gripping means that under the pressure of roll and friction, ring grips the rolling gap and produces rotating rolling motion, thus ring thickness receives equal rolling and the outer diameter expands equally, and this is a sufficient condition for ring rolling forming. In this paper, gripping course in profile ring rolling of raceway groove is analyzed based on ring rolling principle and static theory. The gripping mechanical model for profile ring rolling of raceway groove is established, and gripping conditions are researched according to the geometrical relationship in rolling. The results indicate that ring could be ensured to continuously grip the gap in rolling by controlling feed per revolution and preventing it from exceeding the maximum feed per revolution allowed by ring gripping. Furthermore, influencing factors of gripping conditions are analyzed. At last, the experiments and the FE simulation for profile ring rolling of raceway groove are performed to testify the validity of gripping conditions. Both the experimental and simulation results show that when feed satisfies gripping conditions, ring can continuously grip the gap and be formed by rolling. Otherwise, ring cannot grip the gap and is squashed between the rolls. The results of this research provide a theoretical basis for design of technological parameters of profile ring rolling of raceway groove.