一种自适应拟人手指抓持力分析与结构优化

采用齿轮齿条传动机构，设计了一种新型自适应拟人手指。该手指自身不带驱动器，适合抓取不同形状、尺寸的物体，使机器人多指手以较少的驱动器驱动较多关节自由度。电机的数量大大减少使机器人手具有许多优点。另外，该手指与人的手指相似，适合用于拟人多指手。分析了该手指抓持力与其设计参数的关系，提出了该手指的结构优化设计原则。     

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。     

拟人机器人手的设计与实现

与传统自由度过多但控制复杂、体积较大的灵巧手不同,设计了一种新型的机械手TH-1。介绍了该手的设计思路、抓取功率分析过程及微型驱动控制系统等。该手上的电动机、减速器、驱动与控制电路等完全嵌入手掌,在外观与尺寸上均与人手相似,具有质量小、自由度少、控制简单、结构紧凑、适应性强等特点。试验结果表明,TH-1手适合用于拟人机器人上,以完成伸展、握拳和稳定抓取常见物体等动作。     

无线同步仿生机械手系统的设计

针对大多数机械手只具有微机控制或程序控制,无法实现与人手动作同步的不足,设计了15自由度无线同步仿生机械手系统。采用体感机械手套实时采集人手动作并无线发送给仿生机械手。15自由度仿生机械手采用微分算法调节舵机转动角度,实现同步模仿人手抓取等动作。经过测试分析,无线同步仿生机械手系统抓取不规则形状或柔软物体用时均小于2 s,每根手指抓取误差均小于0.9°。     

拟人机器人手多指欠驱动机构研究

欠驱动机构具有增加抓取稳定性、降低控制难度等优点得到广泛研究.与实现单个手指的多关节动力传递的传统欠驱动机构设计思想不同,提出了一种新型多指欠驱动机构.该机构利用设置于关节轴上的扭簧实现了单个电机对多个手指根部的驱动.经分析,给出了该机构的主要参数设计原则.该机构可以作为拟人机器人手的食指、中指、无名指和小指的根部关节,使机器人手在抓取物体时,四个手指能够自动适应不同形状和尺寸的物体,产生适当的抓持力,抓取稳定性高,控制容易.     

灵巧节能的单自由度仿真机械手驱动机构设计

为解决机器人自动装配、医学康复断指再造等多接触抓取装置驱动元件多,结构复杂且笨重的问题,设计了一种灵巧节能的单自由度仿真机械手的驱动机构,推导了各指节间的运动关系方程,利用ADAMS建立了其参数化仿真模型,分析了特定构件尺寸的机构运动轨迹与人手抓取轨迹的差距,进而提出满足人手抓取轨迹、驱动力矩小、各构件尺寸小的驱动机构的优化数学模型,经NSGA-II算法获得与人手抓取轨迹相差无几的多个最优方案,并用参数化模型进行了验证。设计结果表明,所提出的驱动机构仅需一个驱动元件即能实现手指各关节的灵巧运动,且结构尺寸小,满足节能环保的要求,是仿真机械手设计的新尝试。     

混合工作模式欠驱动手设计及其接触力分析

机器人手目前主要应用于机器人与环境的交互.传统欠驱动机器人手的手指末端运动轨迹并不是一条直线,这种运动轨迹使得它们无法抓取桌面上较薄的物体以及小物体.为了克服这个缺陷,许多研究者在欠驱动手结构中加入了直线机构,使其能够捏取平台上的物体,但目前存在的结构均为双指关节结构,相对于三关节手指其抓取范围较小且适用场合较少.为了...     

直线平夹自适应机器人手抓取分析与实验

传统机器人手在平夹模式下,其手指末端的运动轨迹为圆弧,难以精确捏持薄板物体。针对传统机器人手的不足,设计一种可实现直线平夹精确捏持和自适应包络通用抓取的机器人手,分析了该机器人手的工作原理,结构组成,并且对机器人手抓取模式、平夹抓取最大抓取质量和自适应包络抓取特性进行分析,为优化机器人手设计提供依据。研制了机器人手样机,并在手指表面安置了压力传感器实时监测抓取过程中的受力情况,开展了定性抓取实验和定量测试实验,通过对传感器反馈数据进行分析,得出了机器人手在不同抓取模式、抓取不同特性物体时的受力情况,验证了机器人手抓取性能。     

机器人手可变抓取力机构研究

根据物体轻重程度和表面软硬程度，拟人机器人手在抓取时应采用不同的抓取力，研制变抓取力手具有重要意义。分析了传统的变抓取力手指机构实现原理，得出变抓取力手指实现的关键。为克服传统机构的不足，提出了一种新型变抓取力手指机构设计思想，具体设计并实现了该变抓取力手指机构，该变抓取力手指机构能够应用于各种驱动类型的手指上。此变抓取力手指机构被应用到拟人机器人手——TH-1手食指的2个关节中。抓取实验证明，TH-1手能够稳定抓取不同尺寸的常见物体．     

果蔬采摘欠驱动灵巧机械手的设计

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。为了实现果蔬的无损采摘,通过理论分析、指端结构设计、传动机构设计和驱动机构设计与建模仿真,设计出一种灵活性高、结构简单的果蔬采摘欠驱动灵巧机械手。该机械手抓取物体时具有形状自适应能力,可完全包络物体实现无损采摘,且体积小、成本低,能够适应农业采摘自动化技术的推广。     

Development of Gesture-Changeable under-actuated Humanoid Robotic Finger

Robotic fingers, which are the key parts of robot hand, are divided into two main kinds: dexterous fingers and under-actuated fingers. Although dexterous fingers are agile, they are too expensive. Under-actuated fingers can grasp objects self-adaptively, which makes them easy to control and low cost, on the contrary, under-actuated function makes fingers feel hard to grasp things agilely enough and make many gestures. For the purpose of designing a new finger which can grasp things dexterously, perform many gestures and feel easy to control and maintain, a concept called "gesture-changeable under-actuated" (GCUA) function is put forward. The GCUA function combines the advantages of dexterous fingers and under-actuated fingers: a pre-bending function is embedded into the under-actuated finger. The GCUA finger can not only perform self-adaptive grasping function, but also actively bend the middle joint of the finger. On the basis of the concept, a GCUA finger with 2 joints is designed, which is realized by the coordination of screw-nut transmission mechanism, flexible drawstring constraint and pulley-belt under-actuated mechanism.Principle analyses of its grasping and the design optimization of the GCUA finger are given. An important problem of how to stably grasp an object which is easy to glide is discussed. The force analysis on gliding object in grasping process is introduced in detail. A GCUA finger with 3 joints is developed. Many experiments of grasping different objects by of the finger were carried out. The experimental results show that the GCUA finger can effectively realize functions of pre-bending and self-adaptive grasping, the grasping processes are stable. The GCUA finger excels under-actuated fingers in dexterity and gesture actions and it is easier to control and cheaper than dexterous hands, becomes the third kinds of finger.     

A dexterous robot hand with a bio-mimetic mechanism

This paper describes a development of bio-mimetic robot hand and its control scheme. This robot hand has four independently moving fingers, which are driven by four-coupled link mechanism with two linear actuators. By using the linear actuators, we make the hand similar to human hand in its structure and motion. The coupled link mechanism makes the hand compact in structure and efficient in power. The robot hand is designed considering the dexterity and the compact size suited for various tools and objects in daily life. The hand has tactile sensors mounted on the palm and the fingertips at each finger. With tactile sensor based feedback control and force closure method, the paper shows the control of the robot hand which is very stable in grasping and handling various objects.     

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。     

创伤手指康复外骨骼手系统的设计

在分析人手生物学特性的基础上,提出了一种新的外骨骼式机械手,用于创伤手指的术后康复治疗。基于模块化思想设计了外骨骼手机构本体,该外骨骼手可以适应不同人手长度,能够驱动手指进行独立的弯曲和内收/外展康复运动;康复过程要求外骨骼手能够实时反馈手指关节的角度和力信息,同时保证康复力始终垂直作用于指骨以避免损坏关节周围的软组织。对外骨骼手关节单自由度和二自由度构型进行了分析,建立了外骨骼手的运动学模型,给出了外骨骼手的运动学和动力学方程。以ARM微处理器为核心,建立了基于SPI总线的外骨骼手控制系统。最后,进行了外骨骼手的运动学和动力学仿真验证及食指弯曲方向康复实验研究。实验结果表明,创伤手指康复外骨骼手系统康复原理和方法正确可行,实验的重复性误差5%,表明外骨骼手系统能够满足创伤手指康复要求。     

新型集成化仿人手指及其动力学分析

研究了一种新型的集成化仿人手指。这种手指有两个主要特点:采用微直线驱动器和腱传动相结合的方式驱动手指,实现了机械本体和驱动系统的集成;采用差动机构设计了轴线相交的2自由度基关节,手指末端的两个关节是机械耦合的。系统地分析了手指的运动学和动力学,为灵巧手的优化设计和控制奠定了基础。     

一种欠驱动多指杆机器人手

提出的欠驱动多指杆机器人手能用直指或曲指方式履行各种工业操作任务。本文描述了三指多指杆手的工作原理,手指位移与力分析,这种手抓取物体的适应性,稳定性,抓力都优于常规手爪,提出的手指结构能减少控制复杂性,重量和成本,并能实现多功能地抓取不同物体的能力。     

三自由度自适应抓持仿人手的设计研究

设计完成了用于仿人形机器人上的具有自动适应被抓持物体几何特征的三自由度仿人手。论文首先设计了具有自适应抓持能力的手指机构，进一步对该手指机构各关节之间的运动耦合关系进行了分析研究，并通过虚拟样机技术验证了所设计的仿人手机构传动系统的正确性和自适应抓持的可行性，最后提出了衡量仿人手抓持能力的指标，分析了所设计的仿人手的抓持能力。所有结果都表明手指机构是合理实用的，所设计完成的仿人手达到了设计要求。     

一种欠驱动电动型两指多指节机器人手

在许多工业应用中,常要求机器人手结构简单,操作灵巧,控制容易,且具有较高的操作适应性,开发的欠驱动两指多指节机器人手仅用一台驱动电机就能以直指或曲指方式履行各种工业操作任务。文中描述了欠驱动两指多指节手的结构,工作原理与手指位移分析,与现有的欠驱动机器人手相比,这种多指节机器人手的结构更为简单紧凑,且能减少控制的复杂性,重量和成本,并能实现多功能地抓取不同物体的能力。