基于神经网络的水下灵巧手阻抗控制

水下灵巧手抓取物体时,物体与指尖存在力控制问题,但是由于动力学模型、被抓取物体位置和刚度的不确定性,采用传统阻抗控制方法不具有鲁棒性.文中基于位置型阻抗控制方法,提出采用神经网络对手指动力学模型、物体刚度和物体位置误差进行补偿.对补偿策略进行了详细的推导,并通过仿真实验验证了该方法的补偿效果,结果表明基于神经网络的位置型阻抗控制器具有较强的鲁棒性.     

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.     

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。     

基于机电一体化的机器人灵巧手手指的研制

运用机电一体化设计思想,设计了新一代灵巧手手指,具有3个自由度,由3个体积小、出力大的无刷直流电机驱动,机械传动系统采用刚性的减速器、齿轮及连杆传动,使手指具有很好的刚度.该手指具有丰富的感觉功能,包括位置感觉、力/力矩感觉以及温度感觉等.该手指集机械本体、驱动、传感器及电路为一体,最大限度地实现了灵巧手手指的集成化、模块化.     

虚拟现实灵巧手姿态力度控制算法与仿真

针对灵巧手虚拟现实的控制,提出了数据手套控制手指关节角度,肌电信号进行抓取力度控制的方法.建立了虚拟现实灵巧手模型,根据神经网络算法实现前臂肌电信号对抓取过程中的拇指尖力预测.实验改变拇指接触状态,预测力模型与实际力度对比,验证模型的有效性.该研究可用于智能假肢控制及上肢康复训练、遥操作机器人等领域.     

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。     

新一代机器人灵巧手

哈尔滨工业大学机器人研究所与德国宇航中心(DLR)合作建立的HIT/DLR机器人联合研究室，研制成功第三代多传感器、高度集成的机器人灵巧手。     

一种下肢康复训练机器人足底力检测方法

对下肢康复训练机器人来说,足底力是非常重要的生物力学参数,因为它不仅反映动态步行的稳定性,而且也是患者病态步态的反映,基于足底力反馈的下肢康复训练机器人步行稳定控制和柔顺控制等都需要对足底力进行检测．提出一种基于双变形梁的力／力矩传感器来检测足底力的方法,给出了传感器的结构,阐述了检测原理,建立了基于传感器信息计算足底力的数学模型．该方法可实现对足底力信息中重要的足底压力及压力中心点COP的检测,具有维间耦合小,结构简单,不易损坏,成本低等优点．     

基于指尖位置的人手与HIT/DLR灵巧手运动映射

分别建立人手和HIT/DLR机器人灵巧手的几何模型,并分析两者之间的结构差异及其产生的运动映射问题.通过数据手套测得人手关节角度,利用人手模型和人手运动学关系计算得到人手指尖位置,通过改进的指尖位置的映射方法,将人手的运动映射到机器人灵巧手上,解决了人手运动空间和灵巧手空间不一致的问题.仿真试验结果表明该映射方法是有效和直观的,能满足对HIT/DLR机器人灵巧手遥操作的需要.     

水下作业机械灵巧手接触力控制方案的研究

基于水下精细作业任务需求,阐述了手爪关节驱动形式的选择过程,满足水下作业灵巧手体积小、效率高、负荷大、结构相对简单的要求．并在此基础上,探讨了接触力控制液压回路设计的基本思路,双闭环接触力控制系统的工作原理．为了精确地控制手指与目标间接触力,液压伺服单元选用Moog公司的D633系列伺服阀,实现接触力连续控制．     

水下作业机械手根关节行程限位电路的设计

研制了采用液压驱动的水下作业灵巧手,3个手指在一个液压马达驱动下,同时张开或收拢.为了限定3个手指跟关节的运动范围,需要设计3个手指行程限位控制电路.从液压马达正反转、内外侧行程限位开关等输入信号入手,依据手指运动规律,列出4个输入信号和两个输出信号间关系的真值表,推导出输入和输出信号间逻辑表达式,并在此基础上设计出行程限位电路.为了便于修改电路的逻辑功能,减少电路板上集成电路数量,控制电路的逻辑运算功能借助可编程逻辑电路实现.     

Cartesian impedance control of dexterous robot hand

Presents a novel compliant motion control for a robot hand using the Cartesian impedance approach based on fingertip force measurements. The fingertip can accurately track desired motion in free space and appear as mechanical impedance in constrained space. In the position based impedance control strategy, any switching mode in contact transition phase is not needed. The impedance parameters can be adjusted in a certain range according to various tasks. In this paper, the analysis of the finger‘s kinematics and dynamics is given. Experimental results have shown the effectiveness of this control strategy.     

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.     

模块化嵌入式五指机器人灵巧手手指控制系统

为开发高度集成的五指机器人灵巧手,提出了采用DSP(Digital Signal Processor)+FPGA(Field Programmable Gate Array)控制结构的模块化嵌入式手指控制系统设计方法。实现了采用单电流传感器检测全桥控制下相电流及相电流过流双保护。为解决手指DSP和FPGA之间如何稳定、高效通信的难题,结合先进先出FIFO(First In First Out)寄存器,设计了基于串行通信接口SCI(Serial Communications Interface)和RS485总线的多中断差分通信系统。实验证明,这种DSP+FPGA控制结构及模块化的设计,使得手指控制部分得以高度集成,同时DLR/HITII灵巧手获得很好的整体性能和稳定性。     

高矫顽力钕铁硼磁体在水下电机中的实际应用

第三代稀土永磁钕铁硼是一种非常适合于水下电机应用的新型稀土永磁材料 ,它具有优异的磁性能 ,在海洋机器人推进器电机中得到了充分地显示。本文将以我们最近几年研制的海洋机器人推进器电机为例 ,对钕铁硼永磁在水下电机的重要作用做简要分析。     

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...     

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.     

On set-point tracking control of dexterous robot hand

A model-free set-point tracking control approach of multi-fingered robot hand is presented.The set-point tracking controller,which has the structural form of PD controller,is composed with a combination of feedforward term,feedback term and saturation control term.The controller does not require the explicit use of dynamic modeling parameters.Experiments performed on the HIT/DLR hand demonstrate the effectiveness of the proposed approach in performance improvement and real-time application.