腱绳驱动机械手的设计及其柔性抓取控制

为了实现机械手稳定的自适应抓取目的,需要加强对抓取信息的感知处理,同时设计柔顺的力控抓取算法。针对不同尺寸、外形、材质的物体对抓取姿态和力度要求各异的问题,提出了一种腱绳驱动的柔性三指机械手方案及对应的柔性抓取力控算法(导纳力控算法)。首先,设计了一种腱绳驱动柔性机械手指,提出了一种往复式缠绕的腱绳传动线路,制作了柔性机械手的实物;其次,采用改进Denavit-Hartenberg(DH)法,建立了机械手指的运动学模型,利用MATLAB的机器人工具箱,分析了手指的自适应包络能力;然后,设计了适配机械手驱动的导纳控制算法,通过在实物上的程序实现和控制测试对机械手的柔性力控性能进行了验证;最后,搭建了柔性机械手的软件控制平台和实机实验平台,对不同目标物体进行了实物抓取实验,对柔性机械手的稳定抓取能力进行了验证。研究结果表明：该往复式缠绕传动线路和导纳力控算法可保证该机械手在面对不同尺寸、外形、材质的物体时,具有抓取形状的高自适应性和抓取力的高柔顺性;在抓取过程中,机械手的手指可以自适应地包络目标,并借助导纳控制算法柔顺地控制抓取力,进而完成稳定、可靠的抓取任务。     

高抓取能力人工肌肉型柔性机械手设计与验证

针对现有柔性机械手抓取范围有限，负载能力小的问题，基于弯曲型人工肌肉设计了一种安装角度可调的四指柔性机械手。基于能量法进行了弯曲型人工肌肉的静力学分析与验证，单根执行器最大弯曲角度可达151°，最大输出力为3.2N，执行器静力学模型平均误差分别为5.25%和8.13%。进一步，基于设计的四指柔性机械手，针对不同形状和大小的物体完成了抓取实验。结果表明，机械手最大抓取物体质量为1 050 g，最大尺寸为φ226 mm，在抓取实验中单根执行器最大弯曲角度为93°。设计的机械手具有稳定的抓取性能，能够实现日常物品稳定的抓取。     

一种内骨骼软体手的抓取策略研究

根据混流柔性生产对机械手提出的对不同形状、不同质量且易损伤物体进行安全可靠抓取的需求,提出了一种新型的驱动与承力功能分解的关节式内骨骼气动软体机械手的设计思想,并完成了软体手的具体结构设计。针对软体手的抓取控制策略问题,提出了一种基于实时位置检测的压力补偿算法。通过嵌入手指中的柔性弯曲传感器,实时监测手指各指段位置,间接判定软体手当前抓取状态。估算了手指各指段的初始预加载气压值,提高了抓取成功率与抓取效率。对软体手进行了实物抓取试验,结果表明,软体手可以对柔软、不规则、易损易碎物体进行安全可靠抓取,验证了抓取控制算法的有效性。     

柔性吞咽机械手的结构设计与样机试验

为解决表皮较为脆弱的果实抓取过程中易造成损伤的问题,基于柔性3D打印材料提出了一种结构精简、具有吞咽功能的柔性机械手。对柔性机械手的吞咽动作流程进行了分析,结合D-H坐标法和常曲率变形建立了单手腕的连杆参数表,得到了单手腕的运动学方程;在搭建柔性机械手样机的基础上,对气动元件的形变量进行了测试试验,采用Matlab进行数据拟合,得到了驱动角度与驱动气压的关系式;利用摄像机对机械手抓取西红柿的过程进行了拍摄,通过Get Data获得驱动元件的角度,得到了机械手抓取过程与驱动角度的关系。试验结果表明:通过角度的改变可以实现对柔软果实的良好抓取和吞咽效果。     

一种自适应多用途电磁机械手设计

为实现机器人的机械手可以准确、安全、牢固地抓取各种形状不规则的物体,设计一种新型的通用机械手。基于可变形电磁铁芯工作原理,采用分离式可变形铁芯的电磁吸引结构,设计出一种自适应机械手。当机器人抓取形状不规则的物体时,这种机械手可以改变形状以适应被抓取的各种不同对象。将此自适应电磁机械手安装在三菱机器人手臂上进行了实验。结果表明,这种自适应通用机械手可以代替多种不同类型的机械手,准确、牢固地抓取各种不同大小、形状的物体。这种电磁机械手能提高机器人对工作对象的适应性。     

基于欠驱动机构的水下作业机械手仿真研究

建立了机械手的三维模型,对机械手运动学和动力学性能进行了仿真研究,分析了运动部件之间的相对关系,完成了机械手抓取不同目标物时的运动学、动力学仿真;机械手采用液压驱动方式,驱动力大、结构简单;机械手有3个手指,采用4个驱动元件实现对机械手11个自由度的驱动,3个手指之间的相对位置可根据抓取目标物的形状而改变,抓取物体时具有形状自适应能力.     

高适应性3指变位机械手爪的设计与研究

随着机器人在农业和物流等行业的广泛应用,抓取对象形状和体积呈多样化,对机器人的末端执行器即机械手爪的适应性提出更高要求。针对该问题,文中基于欠驱动的方式设计了一种具有高适应性功能的3指变位机械手爪。首先,建立3指机械手的三维模型,分析其平夹和包络抓取两种抓取模式;其次,对该结构进行力学分析包括弹簧的力学分析和手指的力学分析;最后,进行3指机械手样机加工研制和试验。试验结果表明：该机械手爪能够针对不同的物体实现稳定抓取,适应性高。     

基于FreeRTOS与远程姿态控制的机械手控制系统设计

介绍了一种基于FreeRTOS与远程姿态控制的机械手控制系统设计思路,整个系统分为柔性欠驱动机械手、机械手末端执行器控制系统和无线姿态控制系统三大部分.分析了系统的硬件设计和控制系统的程序设计,采用人体手部姿态角变化对机械手末端姿态进行闭环控制,以及在机械手抓取物体时对机械手表面压力进行实验.实验结果表明:机械手可以实...     

气动滑动传感器的研究

本文介绍用于工业机械手自适应握紧操作的一种触觉传感器——气动滑动传感器的工作原理,并对其静态特性和动态特性进行了理论分析和试验研究。结果证明,该装置可根据物体的重量控制机械手;以最小而必需的力来抓取不同材料的物体。     

基于Kinect传感器的机械手自主抓取技术研究

为实现机械手对物体的自主抓取,采用Kinect传感器采集RGB图像,运用HSI和Lab色彩空间分割算法对物体进行图像识别,并计算物体的空间坐标,然后根据物体的坐标值反求机械手运行角度,驱动基于S3C2410的ARM控制器的机械手,实现对目标的抓取。以温室内的成熟番茄为抓取对象,实验结果表明该系统能准确有效地实现对物体的识别、定位及抓取。     

电动推杆驱动串联双铰链柔性机械手的状态分析

提出一种欠驱动柔性关节机械手,采用一个电动推杆驱动带有2个扭弹簧的串联双铰链机械手手指结构。介绍了该机械手结构和驱动原理,建立静态力学方程和几何平衡方程,通过Matlab软件的fsolve函数得出无刷直流电机输入电流与两个扭弹簧扭转角关系、输入电流与机械手手指张开大小的关系等,为串联双铰链柔性机械手抓取形状和尺寸变化、材质不同的特殊物体提供了理论依据。     

仿鸟喙微型气动软体机械手爪的设计及优化

为实现微型易碎、不规则物体的稳定抓取,结合软体材料的柔顺性和鸟喙结构抓取的准确性,提出一种仿鸟喙微型气动软体机械手爪,该机械手爪不仅具有一般软体手爪良好的环境适应性,而且结构更加简洁,对微型物体尤其适用。利用Yeoh本构模型和Ansys软件,对手爪的弯曲特性做了有限元仿真,并根据仿真结果进行变壁厚和局部填充的优化。对优化后的手爪进行了弯曲特性、抓取力测试试验和适应性试验,验证了仿鸟喙微型气动软体机械手爪的可行性。     

多模式绳牵引刚柔结合夹持器设计与分析

为了解决夹持器难以稳定夹持轮廓复杂的易损异形物体的问题，以提高夹持器的自适应性和保护抓取能力，设计了一种包括绳索驱动系统和柔性铰链结构的绳牵引刚柔结合夹持器。通过设计夹持器的绳索路径实现多种抓取模式之间的相互转换。在载荷平衡方程的基础上对两种抓取模式进行静力学建模，得到输入力与输出夹持力之间的力学模型，并通过数值仿真和物理试验验证力学模型的正确性与夹持器的抓取性能。最后，分别对不同几何形状和不同刚度的抓取目标进行抓取试验，验证了夹持器自适应保护抓取的能力。     

初始抓取角度可调节的仿生变掌机械手设计

变掌机械手在一定程度上解决了固定掌机械手存在的抓取范围有限、抓取模式单一等不足，促进了多指机械手的发展。但现有变掌机械手主要采用单一的变位控制或转位控制进行设计，抓取性能仍存在局限性，无法兼顾尺寸适应性和形状适应性。为了解决上述问题，设计了一种初始抓取角度可调节的仿生变掌机械手，在三维设计软件中进行了机械建模，并详细分析了其结构组成。该仿生变掌机械手具有三条模块化手指支链，通过手指支链的变位控制与转位控制实现机械手初始抓取角度的调节，并对变位控制与转位控制的实现过程进行了分析。最后，构态变换仿真结果表明，所设计的仿生变掌机械手能够通过变位控制和转位控制构成不同的抓取构态，利用二指或三指实现对尺寸、形状各异的物体的包络、握持、捏取等抓取模式，增强了变掌机械手对物体尺寸和形状的适应性。     

双电机协同控制手指变位与转位的变掌机械手

针对现有欠驱动机械手存在的抓取范围不足的问题,提出一种基于曲柄滑块机构,连杆长度可变的并联机构变掌机械手。此机械手使用无驱动弹性手指,采用两个步进电机驱动,协同控制曲柄的转动角度和连杆的长度,从而实现抓取过程中手指指根的变位与转位,能够满足长方形、圆形等物体的抓取,对抓取对象的外形和尺寸具有良好的适应性。首先给出机械手结构,提出来了机械手的运动过程及抓取位势;分析了机械手对圆柱形物体的抓取过程及状态,研究其抓取特点;讨论机械手的抓取范围及适应性。     

绝缘子更换机器人变刚度机械手抓取仿真分析

绝缘子串属于硬而脆的玻璃制品，机器人进行绝缘子串更换过程中极易出现破碎现象。为防止绝缘子串更换工作过程中绝缘子串发生破裂，采用变刚度自适应柔性机械手进行绝缘子串更换作业。首先，对变刚度层状结构进行受力分析计算，得出变刚度层与压力以及薄膜层数之间的关系。然后，仿真分析变刚度层状结构以及柔性机械手在抓取过程中的应变情况，基于有限元仿真分析变刚度层与真空压力之间的影响。最后对柔性机械手夹持绝缘子串刚度变化进行有限元仿真分析，得出其表面应变情况，通过数据可知，抓取动作中，柔性机械手弯曲并未抓取绝缘子串时受力点弯曲应变小于0.05倍，当柔性机械手触碰到绝缘子串时应变急剧增大，此时施加真空压力，当应变达到最大值时，受到真空压力影响，应变在0.2倍左右浮动，验证了变刚度层状结构无损抓取绝缘子串的可行性。     

一种柔性机械手设计与分析

针对传统机械手多为恒定力矩,抓取易碎物品,容易造成损坏、抓不牢摔坏,该机械手柔性关节用拉簧连接,用平带拉伸传动,起减震,缓冲效果,机械手弯曲时,手指骨节灵活、缓慢弯曲,使机械手手指缓慢弯曲,达到柔性特征,该机械结构使之具有软属性,表面附加一层软硅胶,提高机械手的感知度、仿生能力、灵活性、柔性、软抓取效果。     

基于变胞理论的欠驱动机械手设计

针对机器人末端夹具多功能化的需求,提出了一种新型欠驱动机械手结构。该机械手最大创新点在于其末端指节完全被动包络,提升了抓取稳定性。对其进行抓取姿态分析、稳定性分析,验证方案可行性,并验证不同物体抓取姿态,对控制策略研究提出展望。     

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。     

气动尺寸辩识系统及计算机过程控制

本文介绍用于工业机械手尺寸辩认系统的一种触觉传感器—气动尺寸传感器的工作原理，对其静态特性和动态特性进行了理论分析和试验研究．整个动作过程由计算机控制，对控制系统进行了软硬件设计并作了可靠性研究．结果证明，该装置可根据物体的尺寸大小控制工业机械手输出相应的抓取力，并能自动辩识不同尺寸的物体．