单链传动双齿条平夹间接自适应机器人手研制

传统平夹自适应手指采用并联的两套传动机构,存在机构复杂的缺点。提出了一种具有单链式平夹间接自适应复合抓取模式的机械手(PISA手)。PISA手指包括3个齿轮、2个齿条、滑块、拨块、限位块和单个弹簧等,由单个电机驱动双关节手指转动。PISA手能用远指段平行夹持物体,用有滑块的近指段和远指段自适应包络物体。介绍了PISA手的组成和运动过程,进行抓取范围和抓取力大小的理论分析,研制带有3个PISA手指的PISA机器人手。通过仿真和抓取实验结果表明,PISA手能根据物体不同的形状在不同的位置,自主切换平夹或是间接自适应的抓取模式,实现稳定抓取。PISA手指具有传动效率高,手指结构紧凑特点。     

果蔬采摘欠驱动机械手爪设计及其力控制

为了实现果蔬的无损采摘,采用欠驱动原理设计出一种结构更简单、通用性更强的末端执行器。欠驱动机构是指驱动器数目少于机构本身自由度数目的机构,基于欠驱动原理设计的机械手结构简单可靠,抓取物体时具有形状自适应能力,手指可完全包络物体,可以通过最大接触力的闭环力反馈控制来实现无损采摘。基于这一设计思想设计出仅靠一个电动机驱动三个手指的机械手爪,通过理论分析、手爪机构设计与建模、结构参数优化,确定设计尺寸制出机械手爪,设计控制电路结合力反馈控制进行抓取试验。试验结果表明该手爪能实现期望的抓取与最大接触力控制功能,并具有控制简单可靠、抓取稳定、不损伤果实等特点。     

气动肌肉驱动手爪的设计与分析

安全柔顺地抓取物体是机器人手爪的一项重要指标,气动肌肉作为一种类似生物肌肉的柔性驱动器,可以有助于实现这一目标。讨论了基于生物运动机制的仿人两指手爪的结构和工作原理,建立了气动肌肉驱动手指夹持力的理论模型,指出气动肌肉的输入压力是决定手指抓取力与手指张角大小的唯一因素。实验证实了该手爪可有效地抓取多种易碎、柔软的物体。     

一种新型柔性气缸驱动手爪

提出一种新型柔性气缸驱动手爪,具有抓取柔顺性和较大的抓取力,可用于抓取易碎易损品.介绍柔性气缸驱动手爪的整体结构方案,给出柔性驱动气缸的静态结构性能分析及输出力试验结果.对手爪的抓取能力和实物抓取进行试验,手爪在70 kPa的工作压力下最大抓取力为122 N,比一般柔性手爪的35 N抓取力提高了约2.4倍,并且保持了抓...     

一种内骨骼软体手的抓取策略研究

根据混流柔性生产对机械手提出的对不同形状、不同质量且易损伤物体进行安全可靠抓取的需求,提出了一种新型的驱动与承力功能分解的关节式内骨骼气动软体机械手的设计思想,并完成了软体手的具体结构设计。针对软体手的抓取控制策略问题,提出了一种基于实时位置检测的压力补偿算法。通过嵌入手指中的柔性弯曲传感器,实时监测手指各指段位置,间接判定软体手当前抓取状态。估算了手指各指段的初始预加载气压值,提高了抓取成功率与抓取效率。对软体手进行了实物抓取试验,结果表明,软体手可以对柔软、不规则、易损易碎物体进行安全可靠抓取,验证了抓取控制算法的有效性。     

基于欠驱动机构的水下作业机械手仿真研究

建立了机械手的三维模型,对机械手运动学和动力学性能进行了仿真研究,分析了运动部件之间的相对关系,完成了机械手抓取不同目标物时的运动学、动力学仿真;机械手采用液压驱动方式,驱动力大、结构简单;机械手有3个手指,采用4个驱动元件实现对机械手11个自由度的驱动,3个手指之间的相对位置可根据抓取目标物的形状而改变,抓取物体时具有形状自适应能力.     

灵巧机械手多指协调控制技术

根据抓取力封闭约束和力平衡约束条件,将多指精细抓取的力优化问题转换为非线性规划问题。对于非线性规划问题的求解,传统算法的实现一般需要编写相对复杂的程序,因此提出一种以序列二次规划算法为核心的fmincon函数对非线性规划问题进行快速求解的方法,并将该方法用Matlab软件予以实现;针对多指抓取的任务要求,提出一种试探性抓取并采用关节阻抗控制算法控制手指各指节与物体接触力的多指强力抓取方法,该方法简单且具有一定自主性。采用ADAMS仿真软件中生成的灵巧机械手控制模块在Simulink仿真环境中建立多指协调控制仿真系统,并以此对上述提出的方法进行算例验证。分析结果表明在精细抓取和强力抓取的不同任务要求下,灵巧机械手完成了对目标物体的稳定抓取,证明了所提方法的准确性。     

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。     

手指关节可独立控制的欠驱动灵巧手

为了实现对物体的精准抓取,针对欠驱动灵巧手手指关节转动不可控问题提出一种新颖的关节可锁紧的单腱欠驱动灵巧手的设计方案,完成了灵巧手关节锁紧机构和指间耦合机构的结构设计,并运用Matlab对灵巧手手指工作空间进行仿真。对关节锁紧机构和指间耦合机构动作起到关键作用的耦合弹簧和复位弹簧进行了设计,对影响关节驱动力矩的参数优化分析,得到优化后的手指传动机构和腱绳张紧机构。通过灵巧手样机对不同形状、大小物体的抓握试验,证明本欠驱动灵巧手可实现手指关节锁紧的动作,具有良好的包络抓握能力和较强的精确抓取能力。     

一种柔性机械手设计与分析

针对传统机械手多为恒定力矩,抓取易碎物品,容易造成损坏、抓不牢摔坏,该机械手柔性关节用拉簧连接,用平带拉伸传动,起减震,缓冲效果,机械手弯曲时,手指骨节灵活、缓慢弯曲,使机械手手指缓慢弯曲,达到柔性特征,该机械结构使之具有软属性,表面附加一层软硅胶,提高机械手的感知度、仿生能力、灵活性、柔性、软抓取效果。     

电动推杆驱动串联双铰链柔性机械手的状态分析

提出一种欠驱动柔性关节机械手,采用一个电动推杆驱动带有2个扭弹簧的串联双铰链机械手手指结构。介绍了该机械手结构和驱动原理,建立静态力学方程和几何平衡方程,通过Matlab软件的fsolve函数得出无刷直流电机输入电流与两个扭弹簧扭转角关系、输入电流与机械手手指张开大小的关系等,为串联双铰链柔性机械手抓取形状和尺寸变化、材质不同的特殊物体提供了理论依据。     

基于微电机驱动的仿人手结构设计与研究

为实现仿人手的集成化、智能化、轻量化,采用微型电机与蜗轮盘结合的绳驱方式,通过3D打印制作了与人手尺寸1∶1,总质量为300 g的仿人手样机。采用蜗轮与绳驱组合的方式实现了仿人手在小体积下具有较大的输出力和较高的安全性。通过复位弹力绳与驱动钢丝绳在蜗轮盘上逆向缠绕方式,降低了驱动过程中阻力,提高了手指有效输出力。然后,对仿人手的自适应抓取进行了研究,结果表明,通过采用弯曲传感器和压力传感器联合控制的方式,可以有效实现对不同大小物体的尺寸预估以及期望力的动态调节,并实现稳定抓取。     

线性空程传动耦合自适应机器人手研制

传统耦合自适应手指采用并联的两套传动机构实现先耦合后自适应的复合抓取模式,存在机构复杂、内耗大和弹簧选型困难等不足。针对此问题,设计了一种新的耦合自适应欠驱动手指机构——COSA-LET手指。COSA-LET手指包括多个齿条、双拨杆、双限位凸块和双弹簧等,由一个电机和串联传动机构驱动两个关节。COSA-LET手指利用反向双齿条和带弹簧及凸块限位的齿轮实现耦合联动功能,利用关节轴弹簧将电机动力分解到两个关节轴,通过双拨杆线性空程传动的延时拨动效应解决了自适应阶段的解耦问题。手指抓取受力分析和实验结果表明,所研制的带有3个COSA-LET手指的COSA-LET机器人手实现了耦合与自适应复合抓取功能,能够根据被抓取物体的大小、形状和位置,在耦合与自适应之间自主切换抓取模式。     

柔性快递包装盒的分拣机械手结构设计

为了满足目前抓取分拣快递包装盒需要,提出一种绳牵引驱动结构的单铰链柔性机械手,通过在机械手的内侧安装扭弹簧和矩形橡胶垫使得机械手能够贴合包装盒抓取,减少包装盒的受压变形,介绍了该手爪结构的驱动原理,通过全局优化的方式得出扭弹簧的刚度系数与预紧角和机械手的关节尺寸,计算结果表明,抓取最大最小包装盒压力相同,结构的柔顺自适应更好,而且还计算得出了关节角位移和指尖开度随气压变化的曲线图,为气缸驱动减少空行时间提高抓取效率提供理论参考。     

基于蜗杆蜗轮与曲柄连杆传动的机械手内抓取装置

介绍了一种基于蜗杆蜗轮与曲柄连杆传动的机械手内抓取装置的工作原理,给出了其力学特性及计算公式。该装置由减速电机驱动后,输出转矩带动蜗杆旋转,将动力传递到蜗杆上;然后蜗杆分别带动与自已相啮合的上下蜗轮转动,上下蜗轮再带动铰接在各自蜗轮上的曲柄连杆摆动;最后通过曲柄连杆增力机构实现二次力的放大,使抓取头准确地紧贴物体或工件内表面,平衡地抓取并撑紧物体。该装置结构紧凑,操作简单,省时省力,柔性好,绿色化程度高。     

双电机协同控制手指变位与转位的变掌机械手

针对现有欠驱动机械手存在的抓取范围不足的问题,提出一种基于曲柄滑块机构,连杆长度可变的并联机构变掌机械手。此机械手使用无驱动弹性手指,采用两个步进电机驱动,协同控制曲柄的转动角度和连杆的长度,从而实现抓取过程中手指指根的变位与转位,能够满足长方形、圆形等物体的抓取,对抓取对象的外形和尺寸具有良好的适应性。首先给出机械手结构,提出来了机械手的运动过程及抓取位势;分析了机械手对圆柱形物体的抓取过程及状态,研究其抓取特点;讨论机械手的抓取范围及适应性。     

高抓取能力人工肌肉型柔性机械手设计与验证

针对现有柔性机械手抓取范围有限，负载能力小的问题，基于弯曲型人工肌肉设计了一种安装角度可调的四指柔性机械手。基于能量法进行了弯曲型人工肌肉的静力学分析与验证，单根执行器最大弯曲角度可达151°，最大输出力为3.2N，执行器静力学模型平均误差分别为5.25%和8.13%。进一步，基于设计的四指柔性机械手，针对不同形状和大小的物体完成了抓取实验。结果表明，机械手最大抓取物体质量为1 050 g，最大尺寸为φ226 mm，在抓取实验中单根执行器最大弯曲角度为93°。设计的机械手具有稳定的抓取性能，能够实现日常物品稳定的抓取。     

高适应性3指变位机械手爪的设计与研究

随着机器人在农业和物流等行业的广泛应用,抓取对象形状和体积呈多样化,对机器人的末端执行器即机械手爪的适应性提出更高要求。针对该问题,文中基于欠驱动的方式设计了一种具有高适应性功能的3指变位机械手爪。首先,建立3指机械手的三维模型,分析其平夹和包络抓取两种抓取模式;其次,对该结构进行力学分析包括弹簧的力学分析和手指的力学分析;最后,进行3指机械手样机加工研制和试验。试验结果表明：该机械手爪能够针对不同的物体实现稳定抓取,适应性高。     

LIPSA-L手:直线平夹自适应机器人手

传统平行夹持自适应机器人手仅具有圆弧平夹功能,无法达到对薄板物体的良好夹持。提出了直线平行夹持与自适应相结合的LIPSA抓取功能。设计了一种具有LIPSA抓取功能的新型欠驱动机器人手——LIPSA-L手,具有2个手指,由一个电机驱动。在LIPSA-L手指中,采用切比雪夫连杆机构实现末端点的直线轨迹,利用同向等速传动带轮机构实现末端指段的平动,利用空程传动配合弹簧实现手指自动适应不同物体的包络握持目的。分析与实验结果表明,LIPSA-L手可以在直线平行夹持与自适应两种模式之间切换;既能够直线平动第二指段去夹持物体,又能够以多个指段包络抓取物体,获得出力更大的握持效果。     

基于力反馈数据手套控制的仿生机械手设计研究

仿生机械手具有与人手相似的外形,可代替人手完成高危工作。为了实现灵活抓取物体,根据人手结构的分析,采用腱驱动方式驱动手指关节。通过穿戴在手上的力反馈数据手套,实时控制机械手的运动;机械手上的压力传感器实时读取压力值,并传回数据手套,从而控制手套上的棘轮棘爪机构,实现力反馈。