HIT/DLR HandⅡ类人形五指灵巧手机构的研究

为了使灵巧手的外观和结构功能更加类人化,研制了新一代类人形机器人五指灵巧手--HIT/DLR Hand Ⅱ.该灵巧手由一个独立的手掌和5个完全相同的具有4个关节3个自由度的模块化手指构成.机电集成的设计思想保证了所有驱动器,传动系统和电路系统都集成在手指和手掌的内部.钢丝耦合机构的采用,保证了手指末端关节在整个运动范围内都能够保证精确定1:1传动比.包装件同结构功能件融合的设计思想不但进一步缩减的灵巧手的外形尺寸,而且使灵巧手外形更加类人化.所有的创新型设计使灵巧手的手指外形尺寸仅是上一代手指的1/3.此外,为了提高灵巧手的多感知能力,重新设计的力/力拒传感器,位置传感器及温度传感器通巧妙的集成在手指的内部.试验表明,所设计的灵巧手不但达到了设计目标,也表现出了很强的抓握能力.     

DLR/HIT多指机器人灵巧手的研究

基于机电一体化设计理念和集成化、模块化设计方法研制了DLR/HIT灵巧手,DLR/HIT灵巧手具有4个相同结构的模块化手指,共具有13个自由度,具有拟人手形的外观.采用商品化的直流无刷电机实现了手指的驱动;手指具有位置、力/力矩及温度等多种感知能力;基于DSP/FPGA等实现了手指的通讯和实时控制;高度集成,将所有部件均集成在手指和手掌内.DLR/HIT手具有很好的可靠性、可操作性和精细操作能力.     

四自由度冗余手指的结构参数优化设计

由冗余自由度手指构成的多指灵巧手具有较大的灵巧性,对物体进行微细操作以及抓取特殊形状物体的能力也比非冗余自由度手指构成的多指手要强。对冗余自由度手指的结构设计问题进行了研究,引进了优化设计方法,提出了适用于多指灵巧手的手指结构优化设计的优化目标函数,编制卫优化程序,进行了优化计算,得到了比较满意的结果。最后,用该手指具体设计了一种多指灵巧手,并给出了其三维视图。该录巧手有手掌,具有３个手指,１２个     

欠驱动四指灵巧手的设计与研究

传统的全驱动灵巧手独立驱动单元过多,控制复杂,体积和重量过大,造价高昂,限制了其实际应用.欠驱动多指手在保证一定运动灵活性条件下,极大地降低了系统成本,具有驱动单元少、控制器相对简单的特点,体现出更高的实际应用价值.本文提出一种通过腱、滑轮传动的欠驱动多指手的设计方案.给出了多指手的机械结构,以及拇指的独特设计.通过对手指静态构形的分析,讨论了影响多指手运动的关键部件关节弹簧的选取原则和方法.建立了手指的抓取静力学模型.在此基础上,分析了多指手抓取物体时弹射现象的形成.通过计算机仿真和实物实验,验证了能够利用4个电机实现4个手指的抓握、伸展和抓取不同形状的物体,且具有较强的抓取物体的能力.     

面向任务的机器人灵巧手控制系统及多指空间协调阻抗控制

为提高多指灵巧手的控制和操作性能,提出了基于集中控制-分层处理的DLR/HIT Ⅱ机器人灵巧手实时控制系统结构,并建立了基于Simulink/QNX的实时控制平台和嵌入式驱动控制层,极大地简化了高集成度机电一体化灵巧手的控制器设计过程,并实现灵巧手在多自由度仿机器人上的无缝连接,进行了多指灵巧手空间协调阻抗控制的研究,基于手指指尖位置建立了适用于任意手指数目n的机器人灵巧手物体空间坐标系,并基于六维空间虚拟弹簧的阻抗思想和关节力矩反馈实现了以被抓取物体位置和姿态为控制目标的多指灵巧手空间协调阻抗控制.在基于Simulink/QNX的实时控制平台上对DLR/HIT Ⅱ灵巧手进行了空间协调阻抗控制实验,实验结果表明了灵巧手控制软硬件系统和控制策略的有效性和稳定性.在未降低灵巧手自由度的前提下,将DLR/HIT Ⅱ多指灵巧手协调抓取操作的控制输入量由30个减为6个,为提高抓取规划算法效率提供了稳定高效的新型控制策略.     

用于临场感系统的机器人电触觉反馈手套

阐述了应用于临场感灵巧机器人的新型电触觉反馈手套的设计 ,讨论了手指的灵敏度和电刺激脉冲的关系 ,电刺激脉冲的频率、占空比和幅值决定手指的灵敏度 ,分析了电极的材料、尺寸、放置位置和形状对手指灵敏度的影响 .设计了一套触觉临场感系统进行实验 ,实验表明戴有电触觉反馈手套可以控制灵巧机器人手并能识别和分类 3种物体     

一种新型灵巧手的设计与仿真分析

为了提高BHG-1型灵巧手的自适应性和拟人化,设计了一种欠驱动手指机构,以较少的驱动器数目获得较多的自由度,降低装置对控制系统的要求。采用拉格朗日方程建立了2自由度欠驱动手指的动力学模型,并利用Adams软件对其进行了动力学的仿真与分析。     

多自由度仿人型假手设计

为了突破目前假手功能的局限,提高使用者的认可程度,设计了集成化的多自由度假手.它的手指设计采用了两种四连杆机构,基关节和中关节之间采用欠驱动连杆传动,能进行自适应抓取;中关节和远关节之间采用耦合连杆传动.手里有三个驱动电机,食指、拇指分别由一个电机驱动,其他三个手指由一个电机驱动.手指上安装了位置和力矩传感器.控制系统由两个DSP控制板组成,不仅实现了基于两路肌电信号的假手动作识别,并且可以进行手指的位置和力矩控制.抓取实验显示这个假手具有很高的抓取能力和灵巧性.     

四指机器人灵巧手问世

哈尔滨工业大学机器人研究所与德国宇航中心合作开发的具有多种传感功能的新一代机器人灵巧手在哈尔滨问世。该机器人灵巧手有4个手指．13个活动部位．装有机械零件600多个．表面的电子元器件多达1600多个．整体重量1．8千克。     

移动机器人灵巧手的优化设计

针对移动机器人灵巧手的最佳灵巧性设计问题, 提出了一种最优化结构参数的设计方法。将人类手 指仿生学原理引入优化算法中, 从单个手指的灵巧性分析出发, 采用灵巧度指标最优的设计准则, 确定了空间单指 的最佳灵活性区域、各杆长度间的关系以及各关节的旋转范围, 并采用MAT LAB 对上述结构参数进行优化计算与 仿真, 获得了满足抓取任务的尺寸参数, 在此基础上对手指间相对位置采取了定量化的计算方法, 仿真结果满足了 灵巧性的设计要求。     

Design of a novel finger of DLR/HIT dextrous robot hand based on mechatronic integration

With the idea of mechatronic integration,a novel finger of the dextrous robot hand has been designed. The finger with nice envelop has four joints with three DOFs driven by three brushless DC motors with smaller size and more torque. The use of rigid gear head,bevel gears and linkage in the transmission system makes the finger more rigid. Abundant sensors such as joint angle sensors,joint torque sensors and temperature sensors are located in the finger. Integration and modularization are achieved at most by high integration of finger body,driving system,sensors and electronics.     

Design and control of integrated pneumatic dexterous robot finger

Based on flexible pneumatic actuator (FPA), bending joint and side-sway joint, a new kind of pneumatic dexterous robot finger was developed. The finger is equipped with one five-component force sensor and four contactless magnetic rotary encoders. Mechanical parts and FPAs are integrated, which reduces the overall size of the finger. Driven by FPA directly, the joint output torque is more accurate and the friction and vibration can be effectively reduced. An improved adaptive genetic algorithm (IAGA) was adopted to solve the inverse kinematics problem of the redundant finger. The statics of the finger was analyzed and the relation between fingertip force and joint torque was built. Finally, the finger force/position control principle was introduced. Tracking experiments of fingertip force/position were carried out. The experimental results show that the fingertip position tracking error is within ±1 mm and the fingertip force tracking error is within ±0.4 N. It is also concluded from the theoretical and experimental results that the finger can be controlled and it has a good application prospect.     

Design and control of integrated pneumatic dexterous robot finger

Based on flexible pneumatic actuator(FPA),bending joint and side-sway joint,a new kind of pneumatic dexterous robot finger was developed.The finger is equipped with one five-component force sensor and four contactless magnetic rotary encoders.Mechanical parts and FPAs are integrated,which reduces the overall size of the finger.Driven by FPA directly,the joint output torque is more accurate and the friction and vibration can be effectively reduced.An improved adaptive genetic algorithm(IAGA) was adopted to s...     

连杆侧无传感器下机器人柔性关节系统的零力控制

针对机器人直接示教应用场景,提出机器人柔性关节系统在连杆侧无传感器下的零力控制方法. 引入动态LuGre摩擦模型进行关节摩擦力矩估计,采用2段四次多项式建立柔性关节系统刚度模型,基于广义动量观测关节力矩. 该方法利用刚度逆模型以及关节力矩估算谐波减速器扭转位移,结合谐波减速器运动传递特性估计连杆侧角度并计算重力矩,利用连杆动力学方程估计接触力矩. 构建期望的电机驱动力矩（包含估计的重力矩、摩擦力矩与接触力矩）,通过对该期望电机驱动力矩的跟踪实现零力控制. 在搭建的机器人柔性关节系统实验平台上进行实验. 实验结果表明,完成相同的拖动示教过程时,该方法所需要的接触力矩约为1.8 N·m. 基于重力矩与摩擦力矩补偿的零力控制方法需要接触力矩约为3.4 N·m. 功率级脱离示教所需要的接触力矩约为14 N·m,验证了所提方法的实际效果.     

碗扣式模板支撑体系节点半刚性研究

碗扣式模板支撑体系中上碗扣的拧紧程度对节点初始刚度有较大影响,而节点初始刚度大小又决定架体稳定承载力的大小。使用MATLAB应用程序对两者之间进行二阶及三阶数值拟合,发现三阶拟合结果的精确度要高于二阶拟合结果,并给出三阶拟合表达式。应用ANSYS有限元软件建立与实体相对应的模型,模拟节点在铰接、刚接以及不同初始刚度情况下支撑体系稳定承载力的变化情况,并将模拟结果与实际架体稳定承载力进行对比。发现节点为铰接和刚接连接状态时的模拟结果与实际架体相差较大。当节点拧紧力矩在35N.m~50N.m(节点初始刚度在39.25kN./rad~54.07kN./rad)之间的节点半刚性模型模拟结果与实际架体承载力较为接近。     

腱驱动假手手指运动及力分析

为优化多自由度假手的机械结构,降低其复杂性以及提高其可靠性,采用腱驱动方法实现假手单手 指的独立运动．腱驱动假手手指由驱动腱、钢丝轮、3个指节、3个关节及关节扭簧等构成,关节扭簧实现关节 的预紧和腱松弛后关节的回复运动．对弹簧刚度进行优化设计,实现腱驱动的手指各关节的顺序弯曲及手指 的大抓握．分析了手指抓取时各指节所受接触力与钢丝轮驱动力矩之间的关系．建立了手指的动力学模型, 得到手指的动力学方程．数值计算与仿真分析比较证明了理论计算的正确性,手指运动及抓握实验证明了该 种结构手指的可行性．腱驱动的假手手指具有零件少、结构简单、可靠性高等优点,为多自由度假手的研制提 供了有利条件     

光栅转矩测量系统的研究

介绍了一种基于结构简单测量精度高的新型转矩传感器－－光栅转矩传感器的转矩测量系统，重点介绍了光栅转矩传感器的基本结构，光栅转矩传感器的转矩测量系统的基本组成与工作原理，详细论述了光栅转矩传感器存在的机械误差与电气误差及产生这些误差的原因，提出了克服这些误差的方法－－数字滤波方法的非线性补偿方法。通过给出的样机系统的实验结果，证明该光栅转矩测量系统的测量精度与电磁式转矩传感器相当，是一种较理想的静态，动态平均转矩的测量工具，有实用价值，可望得到推广应用。     

柔性机器人协调操作的力可操作性研究

研究了柔性机器人协调操作的力可操作性（当机器人各关节驱动能力一定时,机器人向外界施加力的能力）．在柔性机器人有限元模型基础上,通过分析各驱动关节平衡力矩、夹持广义力、关节校正输入量及被操作负载广义弹性位移之间的关系,利用附加不等式约束的方法,得出柔性机器人阶调操作系统在满足给定驱动性能时广义操作力矢端的外边界,随后给出了仿真算例．     

基于虚拟弹簧的欠驱动手指的动力学建模和控制

采用虚拟弹簧对2关节欠驱动手指进行了动力学建模。并使用该方法建立实际的3关节欠驱动手指的动力学模型,通过动态控制实验验证了动力学模型的正确性。该方法不仅避免了求解微分几何方程,并且直接派生出可解耦的动力学模型。可直接进行逆动力学分析、仿真和实时控制。同时,建立了基于动力学模型的速度观测器,用于轨迹跟踪,弥补了欠驱动手没有速度传感器的缺点,补偿了欠驱动环节造成的不确定因素。与PID或计算力矩法相比较,其轨迹跟踪误差更小,动态控制效果更好。