灵巧式机械手研究现状综述

灵巧式机械手作为肢体的延伸可有效协助人类完成各类场合抓取动作。首先对机器人灵巧式机械手发展历程进行概括。总结出近10年灵巧式机械手发展成果,将灵巧式机械手按照特点和传动形式分类,并进行了性能分析。接着,对灵巧式机械手应用的关键技术进行总结概述。最后,对灵巧式机械手在新材料应用、智能协同化作业以及微动控制技术等方面的未来发展趋势进行了讨论。     

仿人机械手设计与硬度感知研究

硬度作为物体的重要物理属性之一,在一定程度上影响了机械手对物体的智能抓取控制.为提高机械手自适应性、集成化和轻量化,本文设计并制作了基于3D打印技术的模块化多自由度仿人机械手.通过微型丝杠电机牵引钢丝绳运动,实现四指弯曲和拇指弯曲与侧摆.本文重点研究了仅基于电流传感器反馈的物体硬度感知策略,无需增加额外的外部传感器,弥补了大多数机械手难以直接区分物体软硬属性的缺陷.通过将该机械手与软体机械臂集成,实现了对不同硬度的软烂水果和新鲜水果的分类挑选.     

—种欠腱驱动的四指机械手

文章提出一种欠腱驱动的四指机械手。每个多指节手指仅用一根腱驱动手指弯曲运动,与现有多指灵巧手和欠驱动多指杆机械手相比,这种欠腱驱动的四指机械手具有结构简单、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。     

一种欠腱驱动的四指机械手

文章提出一种欠腱驱动的四指机械手.每个多指节手指仅用一根腱驱动手指弯曲运动,与现有多指灵巧手和欠驱动多指杆机械手相比,这种欠腱驱动的四指机械手具有结构简单、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.     

一种欠驱动3D打印机械手的结构设计

本研究目的是为UR5机器人设计一种结构简单易于控制的欠驱动3D打印机械手.欠驱动结构是指驱动器数目少于本身自由度数目的机构.根据此设计原理设计出通过一个伺服电机驱动4根手指,每个手指由两个指骨构成的欠驱动3D打印机械手.机械手电机通过滑轮系统与手指连接,每个手指都可独立移动,使得机械手可抓取各种不规则物体.通过抓握类型分析、机械手机构设计、手指滑轮系统的优化,确定设计参数设计出机械手.采用3D打印技术能廉价、快速地制造机械手零件.机械手能很好地保持抓取时的稳定性、对抓取对象的适应性和降低机械手结构的复杂性.     

主动偏航过程兆瓦级风机偏航系统失稳振动特性

根据兆瓦级风机偏航系统主动偏航原理,建立兆瓦级风机偏航系统振动模型,并在引入摩擦失稳阻尼比的基础上对主动偏航过程兆瓦级风机偏航系统摩擦失稳进行仿真研究和实验验证.研究结果表明:过大的预紧力矩和过大的静摩擦因数是导致偏航系统产生失稳振动现象的主要因素,而较合理的静摩擦因数和预紧力矩可有效避免主动偏航过程兆瓦级风机偏航系统摩擦失稳现象发生.     

触觉传感器物体形状识别专家系统

本文探讨论了安装在机械手上的触觉传感器信息的处理问题，使机械手具有能识别几种简单物体形状的低级智能。在机械手上的成象触觉传感器，给出放在机械手上的物体形状信息，并称重传感器命同物体的重量信息。以８０５１单片机为核心构成智能机械手数据采集系统。     

触觉传感器物体形状识别专家系统

本文探讨了安装在机械手上的触觉传感器信息的处理问题，使机械手具有能识别几种简单物体形状的低级智能．安装在机械手上的成象触觉传感器，给出放在机械手上的物体形状信息，并通过称重传感器给出物体的重量信息。以８０５１单片机为核心构成智能机械手数据采集系统。ＩＢＭ－ＰＣ机在人工智能语言Ｔｕｒｂｏｐｒｏｌｏｇ管理下，构成了提取触觉传感器物体形状信息和对有限几种物体形状进行识别的专家系统。     

机器人多指手的多目标优化抓取规划

针对有摩擦点接触条件下的多指抓取模型,借鉴人手抓取经验,提出了接触安全裕度概念.通过修正摩擦锥约束条件,建立了具有一定接触安全裕度的非线性内力优化模型,用于求解合适的接触力.为获取最优的抓取位形,将物体位姿参数作为变量,确定接触力与多指手关节力矩的关系,基于多指手关节空间内的转角位置度和相对承载能力性能指标,建立了多指抓取的多目标优化模型.最后,以三指手抓取系统为例进行了分析求解,并利用多目标粒子群优化算法进行物体位姿规划,获取了规划模型的非劣解前沿.结果表明,该方法能在保证安全抓取条件下,有效改善多指抓取的综合性能.     

面向精细抓取的刚软耦合仿人手作用力优化

针对精细抓取模式下刚软耦合仿人手柔顺接触的特点,为使其具备类人手的抓取作用力施加能力,首先建立仿人手的抓取力平衡方程和约束优化函数,进而提出基于外罚函数的手指最小作用力优化方法．仿人手可通过施加合适的力实现对不同物体的稳定抓取,有效避免手指在抓取过程中使物体产生大变形或抓取失败．实验结果表明：每个手指作用力的测量平均值与理论计算值的绝对误差基本处于0～0.14 N范围,相对误差为0～18.57%范围,所提方法满足了刚软耦合仿人手在精细抓取模式下稳定可靠地抓取不同物体的需求．     

未知环境下水下机械手智能抓取的自适应阻抗控制

为了满足水下机械手在未知环境下对目标抓取的多样性,保证抓住、抓牢并最大限度地避免目标损伤,提出了自适应阻抗控制方法.构建了基于位置的阻抗模型的力跟踪控制系统,采用递推最小二乘法辨识目标的阻抗参数,根据阻抗参数与机械手的运动特征,利用模糊推理方法在线调整抓取力的期望值,并根据期望抓取力与实际抓取力的误差设计自适应比例-积分-微分(PID)控制器来调整期望位置,以实现在跟踪目标位置的同时对期望抓取力信号的跟踪,并利用MATLAB/Simulink软件平台进行仿真实验.结果表明:自适应阻抗控制方法在自由空间和约束空间均具有良好的力、位移的跟踪性能;对期望抓取力的实时调整满足抓取目标的多样性,期望位置的自适应调整能够实现对期望抓取力的跟踪.     

气动触觉传感器的研究

本文研究用于工业机械人自适应握紧操作的一种触觉传感器——气动滑动传感器。对传感器的静态特性和动态特性进行了理论分析和试验研究。经理论分析和一系列试验证明,该装置能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。     

机器人手爪系统控制器设计和鲁棒性分析

本文针对机械手手瓜抓取物体的稳定性和快速性特设计一个控制器,利用计算机模拟,检测电机驱动的手瓜力控系统的响应性能。当负载参数变化时,应用现代控制理论H~∞设计方法设计了一个鲁棒控制器,保证手爪在抓取物体时具有良好的稳定性及快速性。     

基于OpenGL的关节型机器人实时控制与仿真系统的研究

 以在Visual C++环境下利用OpenGL开发的机械手实时控制三维可视化仿真平台为实例,详细介绍了建立机械手三维模型的数学模型和实现的算法,该平台的软件设计使用了模拟人手的人机交互界面,而且在软件功能上实现了其他类似平台所没有的实时抓取物体的功能,具有较好的可扩展性和交互性.     

非结构化助老助残机械手对目标识别定位系统的研究

研制了一种非结构化的五自由度助老助残机械手,针对助老助残机械手末端手掌对空间目标物体的定位抓取问题,采用了一种激光引导的双目机器视觉定位和广义回归神经网络求逆解相结合的方法。该方法中,双目机器视觉定位采用双目工业相机,通过阈值分割算法识别激光斑确定目标物体的坐标,再经广义回归神经网络反解出助老助残机械手关节角度。最后通过采集实验数据和理想数据做对比,该方法能够达到较高的定位抓取精度,比较以往的机械手角度反解,该方法不存在无解或多解的情况。     

四旋翼飞行器自主循迹取物运输系统的研究

为实现无人机在运输方面的自动化和信息化,设计并实现一种能自主循迹、取物并运输至目标点的四旋翼飞行器。通过对四旋翼飞行器飞行控制原理的分析,使用超声波传感器获取飞行器实时高度,利用计算机图像处理技术实时判断飞行器位置,并用PID( Proportion-Integral-Derivative) 控制器控制飞行器的飞行高度和自身姿态,实现了四旋翼飞行器的自主循迹飞行和物体识别,以及驱动机械手完成对目标物体的抓取与投放。测试结果表明,飞行器可在1 m 高度上以20 cm/s 的速度沿预设轨迹自主循迹飞行,能在50 s 内识别与抓取底面半径为4 cm、高度为8 cm 的圆柱形物体,并投放在以目标点为圆心半径为25 cm 的范围内,达到了预期效果。     

具有手脚融合功能的多足步行机器人结构设计

为了拓展多足步行机器人的应用,开发了具有手脚融合功能的模块化多足步行机器人.该机器人至少1支腿既可以行走又可以抓取物体,具有手脚融合功能.抓取物体时,利用3条腿支撑身体,具有手脚融合功能的腿作为能抓取物体的机械手,行走时该腿就执行脚的功能.机器人由机体模块、行走腿结构模块、手脚融合腿部结构模块、控制模块等组成.各模块之间方便联结与扩展.在物理样机上进行了相关试验,结果表明该机器人能够行走和抓取特定目标物,实现了手脚融合功能.     

基于RGB图像的二阶段机器人抓取位置检测方法

随着机械臂在越来越多的场合扮演着重要的角色,准确的抓取位置检测是整个机械臂系统顺利完成任务的关键,为此提出一种以整个图片为输入直接输出结果的端到端实时检测方案.物体的抓取点位置会影响到该物体的抓取角度,基于此给出了一种两阶段预测方案将这两个要素分开预测.首先,建立一个卷积神经网络预测物体的抓取点位置;然后,以抓取点位置为中心采集原图像中的一个方形区域.针对这一区域利用Canny算法以及Hough变换进行边缘提取和直线检测,并提出一种主方向提取算法,分析得到直线,进而确定物体的角度和抓取时平行夹持器张开的间距.抓取位置检测算法给出了基于RGB图像预测的较好准确率,神经网络与传统方法的结合使用也为以后的研究提供了参考.     

盾构管片生产振动工艺的分析与选择

详细阐述了插入式振动、附着式振动、振动台整体振动3种管片生产振动方式的优缺点,以及每种振动方式对管片模具和混凝土的影响。对每种生产振动方式产生的直接振动成本进行了分析比较,得出以下结论:不同的振动方式直接振动成本可相差近3倍,振动成本的差异可以造成管片生产成本相差3%。正确地选择合适的管片生产振动方式可有效提高资源利用率,大大降低工程成本。     

欠驱动灵巧手的优化设计及仿真分析

传统欠驱动机械手的运动空间相对固定、操作功能单一,对抓取物没有较强的自适应性,为此设计一种新的连杆式欠驱动灵巧手机构,并进行设计优化和仿真抓取实验。阐述了该灵巧手的整体机构设计及工作原理,其可实现包络和指尖两种抓取模式。根据手指的几何尺寸采用协同耦合方式设计手掌尺寸,利用可变手掌协同手指抓取,提高了灵巧手在抓取形状复杂和不同尺寸物体时的自适应性。基于虚功原理建立灵巧手单指各关节的接触力模型,针对抓取过程中存在的抓取力不足及抓取不稳等问题,使用NSGA-II优化算法对单指机构的杆长进行尺度综合。利用建立的虚拟样机进行仿真抓取实验,结果表明,该灵巧手具有较强的自适应性,能够稳定抓取多种形状和尺寸的物体。