全口义齿排牙机器人虚拟仿真系统

以全口义齿排牙机器人为研究对象,采用3个手指9个自由度的灵巧手结构设计.利用Simmechanics建立了一种全新的机电一体化建模和仿真系统,可实现机械系统模型与控制系统模型在同一框架下的仿真.应用D-H坐标理论推导手物系统的坐标变换关系,分析排牙机器人的运动学和动力学问题,建立各关节变量和适于抓取的手指末端的位置与姿态表达式,研究智能抓取算法和最优轨迹规划,最终的仿真结果令人满意.     

仿人手掌的机器人变掌机构设计与分析

针对大小不同、形状各异的物体，机器人多指手的抓取规划和控制问题目前尚未得到完善的解决。为此，提出利用仿人手掌来提高机器人多指手的灵巧度以及扩大其工作空间，以降低抓取规划和控制的难度。首先，分析了人体手掌的运动特点，根据人体手掌的骨骼结构，研发了一种仿人手掌的机器人变掌机构，该变掌机构具有6个自由度，通过构型变换，可使安装于变掌机构的手指改变工作空间以及抓取点位置。其次，通过建立变掌机构的数学模型，分析已知抓取点个数和抓取点位置时变掌机构的6个自由度。然后，利用三维软件对变掌机构进行建模，并对其抓取动作进行仿真。最后，通过实验平台以及实物样机进行抓取实验，分别利用刚性手指、柔性手指对13种不同的物体进行抓取，验证了变掌机构的抓取能力以及适应性。该仿人手掌的机器人变掌机构能够简单快速地实现自适应构型，可以对尺寸、质量、形状差异较大的物体进行抓取，适用于二指、三指、四指的抓取，并且可连接刚性或柔性手指，既提高了机器人多指手的抓取质量以及适应性，又降低了其抓取规划和控制的难度。研究结果可对机器人多指手的普遍应用提供借鉴意义。     

便携式弹丸抓取装置设计与仿真分析

目的 对具有弹头抓取结构的弹丸在包装筒或发射位无法安全、便捷抓取问题,设计一种便携式抓取结构来达到抓取可靠、取出顺利、取出过程安全的目的。方法 通过对具有弹头抓取结构的弹丸外观进行分析,并对操作环境进行研究,通过对机械结构进行设计,实现便携抓取结构与弹丸有效匹配。抓取动作完成后,通过联动结构进行自锁,保证工作过程安全,在抓取动作完成后解除自锁。操作过程无冲击,安全可靠。最后通过三维建模及仿真分析,对所设计的结构进行优化。结果 设计出了便携式弹丸抓取结构,实现外径<115mm,负载<30kg弹丸抓取过程的安全操作。结论 验证了通过便携抓取结构实现弹丸抓取的可行性,为同类产品的取出方法提供了参考。     

基于六维力传感器的灵巧手接触点力控制研究

接触点力控制是灵巧手操作过程中的特殊需求,也是制约多种高质量的灵巧操作实现的关键.本文给出了指端为椭球表面时,基于六维力传感器的灵巧手接触点力分解和控制方法,实现了接触力的实时测量和控制,并在BH-3灵巧手上验证了该方法的正确性,从而为实时实现稳定、灵巧的抓持操作奠定了基础.     

基于轨迹晶格与综合动力灵巧度的Delta机器人轨迹规划

针对高速、柔性化Delta机器人轨迹规划中的精度与振动稳定性问题,提出一种基于轨迹晶格与综合动力灵巧度的轨迹规划方法。首先,根据前期的研究工作,建立了含关节间隙的Delta机器人系统完整弹性动力学模型;其次,定义了Delta机器人综合动力灵巧度,并基于此,提出了操作空间中微小晶格与轨迹晶格的概念;然后,以综合动力灵巧度为依据,考虑各种约束条件,在轨迹晶格中进行基于修正梯形模式的轨迹规划;最后,利用激光跟踪仪与动态信号采集设备,对提出的轨迹规划策略进行了实验分析。结果表明:所提出的轨迹规划策略能够精确、稳定地实现机器人的抓取与放置动作。     

一种双拇指手及其控制系统

介绍了北京科技大学机器人研究所研制的机器人多指手爪及其控制系统。该控制系统既可以对手爪的各个手指进行位置和速度控制，又可以对多指手进行抓握力控制。控制系统软件提供的各种功能模块可以对多指手爪进行动作编程，使手爪和机器人手臂配合完成对给定物体的抓取和简单操作。此外，该控制系统还具有利用主机键盘进行示教再一同的辅助编程功能。     

基于改进目标检测算法的AGV避障方法研究

目的 针对食品包装的抓取和装配,利用人工成本高且容易装错等问题,基于方位特征(POC)方程的并联机构结构综合方法,提出一种以3PUPaR并联机构为主体的抓取机器人机构。方法 计算3PUPaR并联机构的自由度、方位特征集以及耦合度等拓扑特性,验证机构具有空间纯移动的运动特性,建立机构的运动学逆解方程,基于此,采用数值法得到机构的工作空间与运动灵巧度。并研究参数尺寸大小对工作空间与全局灵巧度的影响,以全局灵巧度和工作空间为优化目标,选择具有Pareto解的NSGA-II算法完成多目标参数优化。结果 结果表明,机构具有较大且连续的工作空间。结论 该新型三自由度并联机器人能够满足食品包装的抓取和装配时运动范围。     

短小丝条状物料包装关键技术原理

目的为了提高食品、医疗等行业包装产品的生产效率、自动化程度以及降低企业成本,对能够实现短小丝条状物料连续包装、自动计量和充填来代替人工操作的特殊机械手开展研究。方法应用机电一体化和控制技术,设计一种全自动机械手,机械手整体采用直角坐标型设计方案;机械手由6只料手构成,并配置单片机称量装置,实现自动计量;料手采用多指结构,通过控制料手动作,实现抓取物料和卸放充填包装;机械手水平往复运动和竖直上下运动由PLC控制实现;结果对机械手样机进行试验研究,结果表明该机械手能够模仿人工操作,可以实现对短小丝条状物料的拾取、计量和充填。结论该机械手的设计原理可行,为短小丝条状物料的全自动化包装奠定了技术基础。     

人机交互遥操作机器人软体手位置跟踪设计与实现

针对遥操作机器人在深海等未知环境中抓取软体物体或易碎物体的工作需求，提出了一种人机交互遥操作机器人的主从软体手位置跟踪方法。首先，介绍了主从软体手控制系统的构成与工作原理，该系统主要包括主端控制回路、通信链路和从端控制回路，用于控制软体手的抓取动作。然后，阐述了软体手指的建模过程与控制器设计，采用假设模态法进行建模，并在软体手指的位置跟踪控制中引入模型预测控制算法，以解决软体从手跟踪软体主手性能差的问题。最后，设计并研制了软体主手、软体从手及其控制系统，其中软体从手以硅胶为原料并嵌入固体材料来增大刚度，同时开展了软体从手跟踪软体主手抓握目标物体的实验。仿真结果表明，所设计的模型预测控制器能有效解决软体手指因模型失配而引起的控制精度下降问题；实验结果表明，所研制的软体从手能有效跟踪软体主手并实现目标物体的抓握，整个控制系统运行良好。研究结果为人机交互遥操作机器人软体手的跟踪控制应用提供了参考。     

人手的运动学仿真及基于知识的控制方法

在对手部结构进行分析的基础上,给出了受约束的人手运动学模型,并重点研究了基于虚拟现实的人手运动仿真,建立了虚拟手遥控操作仿真实验系统,通过它进行单指、成组和整手控制,并实现了基于知识的抓取操作。     

基于柔性腕手的最优抓取规划研究

在食品自动化加工行业中,由于抓取对象具有软、脆、易损,尺寸、形状差异较大等特性,机器人多指手的抓取规划和稳定性问题尚未得到完善解决。为此,设计了一款柔性腕手,并提出了相应的最优抓取规划算法,以降低其抓取规划和控制的难度。首先,利用软体手指和仿人手掌的变掌机构研发了柔性腕手:基于变掌机构的构型变换,柔性腕手手指的工作空间以及抓取点位置发生变化,从而可抓取尺寸、形状差异较大的物体;基于软体手指的柔顺性,柔性腕手可抓取软、脆、易损的物体。然后,通过实际抓取分析,分别确定了柔性腕手利用四指、三指、二指抓取物体时的稳定性评价指标,提出了基于柔性腕手的最优抓取规划算法,并通过抓取算例验证了该算法的可行性。最后,制作了柔性腕手样机并搭建了相应的实验平台,选取8种不同的物体,演示了柔性腕手的构型变换,通过实验分析再次验证了基于柔性腕手的最优抓取规划算法的可行性。结果表明基于柔性腕手的最优抓取规划算法不仅能提高机器人多指手的适应性和抓取稳定性,而且能降低其抓取规划和控制的难度。研究结果为机器人多指手的应用提供了参考。     

基于广义刚度的多指手抓持稳定性分析

近年来,仿人灵巧手成为热门的研究方向,大量学者对灵巧手抓持稳定性进行了研究.刚度是影响灵巧手抓持稳定的一个重要因素,本文基于旋量理论综合研究了灵巧手关节刚度和接触刚度与扰动力作用下的被抓持物体位姿变化的关系,在旋量空间中得出了广义刚度.并针对扰动力造成的软指与物体间的滚动情况,提出了一种等效接触切向刚度的方法.在广义刚...     

基于多模态的无序堆叠快递包裹机械臂视觉抓取系统

目的 为实现快递交叉带分拣机的自动供包,设计一款基于多模态的无序堆叠快递包裹机械臂视觉抓取系统。方法 将堆叠快递包裹RGB图像和深度图多模态信息送入全卷积残差网络模型进行识别,经过模型后处理、抓取策略设计、模型训练与部署,实现快递包裹抓取区域精确识别;结合包裹姿态估计,控制机械臂完成快递包裹的抓取和搬运。结果 实验证明,文中提出的视觉识别方法实现了快递包裹抓取区域的精确识别,测试准确率达到了95.73%。结论 基于该方法构建的快递包裹机械臂视觉抓取系统,可以完成快递交叉带分拣机的自动供包操作。     

机电一体化集成装配装置的电气系统的优化和改进设计

机电一体化集成装配装置是为了解决产品的自动装配问题而研制的,它可以实现每个工件的可靠抓取,及产品加载等装配动作的全过程自动化操作。由于其安全性和任务可靠性方面还存在一些薄弱环节与不足之处,需要对电气系统进行优化和改进设计研究。     

确定智能机器人抓手姿态的几何推理算法

介绍了一种求解智能机器人抓取规划的几何推理算法。该算法基于平面多面体表示的物体几何模型,对物体上的各类几何项(即面、边及顶点)之间的空间关系进行分析,求解出所有无碰撞可抓取的抓手姿态参数(即位置矢量、接近矢量、方位矢量及开度)。并以抓取类型的稳定性和物体重心的空间位置作为启发信息,搜索出机器人抓手在物体上的最优抓取位置,进而确定机器人抓手的最优姿态。     

浅析机器人设计与电气自动化

对于机器人而言，它的控制系统是机器人的大脑，是决定机器人主要性能的因素。特别是对于工业机器人来讲，它的主要任务就是控制工业机器人在工作空间中的运动位置、姿态和轨迹、操作顺序及动作的时间等，一般具有编程简单、软件菜单操作、友好的人机交互界面、在线操作提示和使用方便等特点。     

利手因素对追踪操作的影响

动作反应能力是飞行能力结构非常重要的一个方面。该文采用双任务法，通过二维尾随追踪和速度判断两种任务，分别对被试左右手效绩以及利手与非利手的效绩进行分析。结果表明利手因素对手动追踪操作和对速度判断的按键反应操作没有影响。     

铜板自动包装线配重机械手的结构研究

针对某企业阴极铜板自动包装生产线的配重要求，设计了抓取阴极铜板的机械手，该机械手采用液压驱动，系统自动化程度高。实验结果表明，该机械手能很好的完成铜板自动包装生产线上单垛铜板的自动抓取配重任务，抓取工作可靠、稳定。     

基于支持向量机的人手姿态肌电模式识别与力检测

针对多自由度假手的肌电控制难题进行了人手多种姿态的模式分类以及握力检测的研究。基于支持向量机(SVM)算法,首先从6通道表面肌肤电信号中提取模式信息,对人手18种姿态进行了分类,然后验证了在3种抓取模式下从肌电信号中回归人手握力的方法的性能。实验结果表明,使用支持向量机能有效地识别出入手所处的姿态模式及施力的大小。结合肌电的模式识别以及握力回归算法,可以实现多自由度假手的随动及力控制,因此可大大提升假手控制的灵活性及功能性。     

新型形状记忆合金驱动器与三指灵巧手设计

针对现有形状记忆合金（shape memory alloy,SMA）温度反馈控制难以实现及SMA应变量小导致实际应用中存在驱动位移小的问题,提出了一种基于电阻反馈控制的新型SMA驱动器,并采用这种驱动器研发了一种绳索传动的三指灵巧手。新型SMA驱动器由滑轮、空心螺柱、SMA丝和弹簧拉伸装置等组成,通过采用滑轮绕线的方式增长SMA丝的使用长度以提高驱动位移输出量;利用SMA自身的电阻特性得到SMA电阻变化与相变的关系,设计了基于电阻反馈的开关控制系统;采用模块化思想设计了三指灵巧手,3根手指共有8个自由度,并通过实验验证三指灵巧手对物品的抓取能力。结果表明：新型SMA驱动器不需要通过测温来判断SMA丝相变进程,省去了外部温度传感器;SMA驱动器输出的驱动量可达驱动器总长的8%以上;通过监测SMA丝的电阻变化可实现驱动器通电加热的控制,防止SMA丝过热烧毁。研究结果为提高SMA驱动器驱动位移和降低SMA驱动器控制难度提供了一种思路。