三指灵巧手结构设计及接触力规划

针对传统灵巧手追求灵活性而带来其外形尺寸过大、结构复杂的问题,设计一种小巧紧凑而灵活性高的全驱动三指灵巧手并建立其三维模型。采用拉格朗日法建立单手指动力学模型并进行动力学分析。然后将灵巧手三维模型导入ADAMS软件中建立灵巧手虚拟样机进行仿真,得到其运动学与动力学等性能曲线。利用MATLAB软件对其动力学方程进行数值分析,其理论分析结果与ADAMS仿真结果一致,验证了理论计算的正确性和灵巧手结构设计的合理性。基于拉格朗日乘子法求取抓取力初值,通过引入稳定系数对其进行优化得到优化接触力,同时也验证了其在手指关节驱动力矩约束下的合理性,为灵巧手手指抓取力计算提供了新的参考。     

基于有限元的柔性手指运动及动力特性分析

柔性驱动器是柔性机器人研究的方向之一,文中设计了一种具有充分柔顺性和安全性的柔性灵巧手指。应用有限元和试验的方法分析了柔性灵巧手指的指尖运动学特性,基于ANSYS有限元软件分析了柔性灵巧手指多点接触抓取过程模型、指尖力输出特性及工作过程的稳定性。为柔性灵巧手指在机器人多指灵巧手中的应用研究奠定相关理论及技术基础。     

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。     

一种结构解耦型变刚度驱动软体手抓握能力分析

为了实现变刚度驱动软体手的精确抓取,设计了一款结构解耦型的变刚度驱动(变刚度与变形驱动)软体手指。建立了软体手指的指尖力模型,并计算了手指指尖力,将实验测试的手指指尖力数据与计算结果进行比较,证明了手指指尖力模型在一定精度范围内能够预测手指的抓握行为。基于软体手指的指尖力模型对软体手的结构尺寸进行设计,并根据设计的软体手进一步研究指腹的抓握能力,通过仿真与实验的相互印证得到了软体手指腹抓取的抓握力模型。仿真和实验结果表明,软体手的抓握能力与手指的刚度、变形驱动能力以及软体手的抓握形态有关。     

基于套索传动的五指灵巧手设计与主从控制

为了使灵巧手更加轻质化、拟人化,设计了一种由舵机经套索驱动的19关节灵巧手。参照人手关节确定灵巧手的构型,通过套索传动实现了关节解耦与驱动后置,并分别对关节机构与驱动集成进行了设计。建立灵巧手多指运动学模型并对其工作空间进行了分析;基于弯曲传感器与主从映射算法实现了抓取的主从跟踪控制。搭建灵巧手样机并进行关节运动实验与抓取控制实验。实验结果表明,将套索传动应用于灵巧手具有可行性,基于主从控制可以实现灵巧手对多种物体的抓取。     

深海力感知多指手结构设计与仿真分析

面向水下机器人深海作业需求,研究设计了一种具有力感知功能的水下多指手,多指手共有3个手指,每个手指有3个关节,由一根绳索驱动,为欠驱动模式,手指指尖内置传感器用于指尖力检测。针对水下作业环境和目标特点,阐述了手指的设计依据,介绍了手指运动机理,研究设计了多指手的运动模块和整体结构,对手指进行了抓取静力学分析和动力学仿真,验证了手指结构的合理性与可行性。     

一种具备多种抓取模式的三指机械手

针对国内外高端灵巧手存在价格高、结构复杂的问题,从简化结构但又能满足较复杂抓取模式的角度考虑,设计了一种具备多种抓取模式的三指机械手。该机械手由3根同样的手指组成,每根手指有3个关节;使用钢丝绳耦合传动实现欠驱动,减少了驱动电动机数;为保证手指控制的灵活度,末端指尖单独由电动机驱动。采用D-H参数法建立手指运动学模型,完成正运动学求解。通过ADAMS软件对机械手进行运动学仿真,分析了三指机械手的运动特性及抓取力。根据包络抓取、精细抓取和普通夹取等几种抓取模式的需要布置了触觉传感器,对常见的目标物进行了抓取试验,验证了该机械手的实用性。三指机械手成本低、制造加工方便,对于难以获得昂贵灵巧手的研究机构和工厂具有实际应用价值。     

HIT机器人灵巧手手指及其阻抗控制的研究

手指对接触环境具有柔顺性是实现多指灵巧操作的关键,阻抗控制是实现机器人柔顺控制的主要方法之一。针对HIT灵巧手手指,阐述了其力／力矩传感器的设计,包括指尖六雏力／力矩传感器和2个关节力矩传感器。利用指尖六维力／力矩传感器作为力反馈,实现了笛卡尔空间的阻抗控制。     

多维力/力矩传感器静态解耦的研究

多维力 /力矩传感器的静态耦合是影响其测量精度的主要因素之一。在研究基于最小二乘理论的多维力传感器静态线性解耦方法的同时 ,提出了一种基于 BP神经网络的静态非线性解耦方法。以 HIT灵巧手的微型五维指尖力 /力矩传感器为对象进行了实验 ,结果表明 ,基于神经网络的非线性解耦方法可以明显地提高传感器的测量精度     

仿人四指灵巧手的抓持能力分析

对四指仿人灵巧手的结构及单手指运动学及动力学进行了分析,为深入地研究该灵巧手的控制提供了理论依据。在ADAMS中进行了灵巧手抓取物体仿真实验,实时得到手指与抓取物体间的接触力值。并利用有限元方法分析了灵巧手在强力抓取时的手指结构的力学性能,验证了该灵巧手可以达到实现设计目标所要求的抓取载荷。为抓取实验提供了抓取物体重量的理论分析依据。     

HIT／DLR灵巧手传感器系统

介绍了HIT／DLR多指灵巧手的传感器系统,基于DSP,FPGA及A／D转换芯片等,实现了手指传感器信息的数字化采集和传输,提高了传感器的信号质量及系统可靠性。在灵巧手的传感器系统中,着重介绍了指尖六维力／力矩传感器、关节位置传感器、关节力矩传感器及触觉传感器等。     

A fingertip force sensor for underwater dexterous hand

In order to safely grasp an unknown object and accurately perceive its position in the fingers, a finger-tip force sensor which can detect the force and position simultaneously was developed for the underwater dexterous hand. This paper introduced the finger-tip force sensor model which was built by a cylinder elastic body. The principle of force measuring was analyzed theoretically, which proved the reasonableness of the structure and the equation was inferred for measuring force. Because of nonlinear and coupling, a feedforward artificial neural network was employed to calibrate the sensor utilizing the data which were obtained from the tests. The characteristic tests of the sensor showed the maximum error was below 6% in force measurements and the maximum position error was Φ1.6 mm. Then, the application experiments were carried out and the results showed the finger system can track the expectation of force trajectory, which indicated measurement accuracy of the sensor met the demands of research on the underwater dexterous hand. What’s more, the sensor structure can compensate the effect of water pressure. So the sensor can be integrated into the finger of the underwater manipulator and used under the water.     

三指灵巧手结构设计与动态抓取研究

针对目前多自由度灵巧手存在的结构复杂、体积庞大等问题,设计了一种结构紧凑、质量轻盈的电机直驱式8自由度三指灵巧手.通过微型电机与齿轮减速器配合使用,实现了关节直驱方式,减少了驱动力损耗,手指驱动力得到有效提高.针对灵巧手在动态抓取模式下的不足,通过嵌入式超声波传感器、压力传感器和角度传感器的联合使用,对灵巧手的动态抓取...     

一种水下灵巧手指端力传感器的研究

采用水压力补偿技术，设计了基于圆筒式测力结构的水下灵巧手指端力传感器，分析了其工作原理。采用有限元法计算了圆筒式测力结构的应变分布，验证该结构的合理性，由此推导出测量原理方程。采用有限元法对模型进行模态分析，确定了传感器的工作带宽。在陆上对传感器进行标定实验，根据实验数据计算出标定矩阵。性能测试结果显示，在陆上和浅水环境中测量结果一致，验证了该传感器在陆上标定是可行的。该传感器可用于水下，且测试精度满足目前水下灵巧手研究的要求。     

RESEARCH ON BEHAVIORS OF ELECTRORHEOLOGICAL FLUID-BASED SEMIACTIVE ROBOT FINGERTIPS

ＲＥＳＥＡＲＣＨＯＮＢＥＨＡＶＩＯＲＳＯＦＥＬＥＣＴＲＯＲＨＥＯＬＯＧＩＣＡＬＦＬＵＩＤＢＡＳＥＤＳＥＭＩＡＣＴＩＶＥＲＯＢＯＴＦＩＮＧＥＲＴＩＰＳ①ＹｕｅＨｏｎｇＬｉＴｉｅｊｕｎＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｒｉｎｇ,Ｈ...     

一种基于FPGA的力反馈数据手套

为了实现对机器人灵巧手的遥操作控制,并将灵巧手与外界的相互作用力反馈给操作者,以获得真实的临场感,设计出一种新型的力反馈数据手套.对数据手套的基于人机工程的模块化的外骨骼机械结构进行了介绍,另外,重点对融合光、电、磁、力的多传感器系统,以及基于FPGA的底层实时控制系统进行了详细阐述.     

半有源机器人柔顺指端的研究

提出了基于电流变流体机器人半有源柔顺指端的设计。对此指端的抓握提升能力进行了实验研究,针对电汉变流体的阻尼可控性,研究实现稳定接触与抓握的控制,将电场强度作为控制参数引入机器人手指抓握接触过程的动力学模型,并对此模型中接触力,位移及稳定时间进行了仿真。     

五指仿人机器人灵巧手DLR/HIT Hand II

基于机电一体化设计思想和最新的驱动技术,研制DLR/HIT II仿人灵巧手。该灵巧手由5个相同结构的模块化手指和1个独立的手掌构成,每个手指有4个关节、3自由度,所有的驱动器和电路板均集成在手指或手掌内。采用新型的体积小输出力矩大的盘式无刷直流驱动电动机、质量轻的谐波减速器、齿形皮带等的驱动传动方案,使手指的体积和质量得到显著减小;采用钢丝耦合传动方案,实现手指末端两个关节的1:1耦合运动;手指具有位置、力/力矩、温度等多种感知功能。层次化的灵巧手硬件结构由手指电气系统、手掌电气系统和PCI总线控制卡等组成,灵巧手具有点对点串行通信、CAN以及网络等多种通信接口。在灵巧手的外观设计中,将外观设计与灵巧手的本体设计融为一体,实现灵巧手与人手相近的体积和外观。5指灵巧手的质量为1.5 kg,手指的指尖输出力10 N。