Optimal design and workspace analysis of tooth-arrangement three-fingered dexterous hand

Based on analysis of human hand grasp, the finger number and the kinematic pair pattern are decided. Aiming at the parameters of each finger, a multiobjective function for optimizing the structure of multifingered hand was proposed. Considering the peculiarity of tootharrangement and dexterous hand grasp, the constraints were established, and a satisfactory result was gained. Furthermore, the optimal results were analyzed, and a law of parameter optimal design was given. It is proved that this optimization method is effective to optimize the relation of each parameter and make it integrated optimum under each standard. At last, the practical workspace of this hand was analysed and simulated. And a new effective simulation method of workspace was proposed.     

Optimal design and workspace analysis of tooth-arrangement three-fingered dexterous hand

Based on analysis of human hand grasp, the finger number and the kinematic pair pattern are decided. Aiming at the parameters of each finger, a multi-objective function for optimizing the structure of multi-fingered hand was proposed. Considering the peculiarity of tooth-arrangement and dexterous hand grasp, the constraints were established, and a satisfactory result was gained. Furthermore, the optimal results were analyzed, and a law of parameter optimal design was given. It is proved that this optimizati...     

滚动接触约束下机器人多指操作的协调运动规划

在多指手操作物体时,需要根据物体的运动规划各手指的运动,当手指与物体与滚动接触时,这一问题显得非常复杂目前。主要采用基于运动学的速度控制方法和主从规划方法,文中分析了这两种方法,指出它们都不是真正的协调运动规划,通过引入最优抓取所确定的抓取姿态集合约束和衡量抓取质量指标的函数,在不同的条件下,提出了不同的协调运动生成算法,通过应用香港科技大学多指灵巧手进行实验研究表明,在同样的操作任务下,协调运动     

Effective envelope method for Stewart platform workspace

The workspace of Stewart platform is the intersection of 6 son workspaces of 6 loop chains, so it is important to determine the boundary of the son workspace when locating the boundary of the son workspace. An effectivc envelope method is proposed in this paper. Firstly the envelope theory of a family of singular parameter curve surfaces is used to find the envelope surfaces of the son workspace. Then the numerical method is applied to determine the effective envelope surface. And after that the full boundary of the son workspace, which is the envelope of the effective envelope surfaces, is determined. Finally the workspace can be obtained with a section plane method.     

人体食指工作空间研究

建立了人体食指机构学模型，采用非线性约束优化方法，求解食指的可达工作空间和一定方向限制下的工作空间，进行了手部的最佳操纵位置和姿态分析，可用于操纵元件的人体工程设计。     

空间机器人自主视觉伺服控制策略

针对传统的空间机器人遥操作控制方法受时延影响严重的问题,基于最新研制的4自由度空间机器人,提出一种基于多目相机的自主复合控制策略.该策略包含了眼在手和眼到手2种相机配置结构,每个相机均具有独立的位姿计算能力,前者保证了伺服控制的精度以及操作的灵活性,后者能够在观察到全局视景的情况下做出伺服控制.为满足机器人视觉实时控制的需求,对视觉处理算法进行了特别考虑.首先,设计了基于多边形形状拟合的特征识别方法,提出曲线矢量数据贪婪算法来处理图像遍历拟合过程中计算密集的问题;其次,结合特征识别结果和模型目标的空间信息,提出基于弱透视模型的单目位姿估算及优化算法;最后,依据所提策略在实验室环境中完成了自主导航及捕获任务,验证了在较低层次进行这种复合控制的可行性和有效性.     

The mechanism of HIT/DLR prosthetic hand

A multi-sensory five-fingered prosthetic hand has been designed on the basis of underactuated mechanism and coupling principle. The hand is much similar to the adult hand. Three motors actuate the thumb, the index finger and the other three fingers each. The hand comprises 13 joints. Actuated by a motor, the thumb can move along a conic surface, which is superior in appearance. Driven by another motor with springs as transmission elements, the mid finger, ring finger and little finger can envelop objects with complex shape. The sensory system and the appearance design are introduced. It was verified by experiments that the hand has strong capacity of self adaptation and can accomplish accurate and powerful grasp for objects with complex shape.     

三指灵巧手的结构优化设计

对多指灵巧手结构形式进行了优化分析，对手指参数、三指灵巧手位姿进行了优化设计．得出了包括1个手掌、3个手指、9个回转关节的灵巧手结构，该结构既适合于抓取物体又具有较好机械特性，为以后灵巧手的控制研究提供基础．     

变胞多指灵巧手手掌尺度综合

分析新型的变胞多指灵巧手,设计一个能完成3种指尖抓持姿态的手掌.多指灵巧手变胞功能增强了机器手的灵巧度并增大了其工作空间,当手掌杆件静止时,每个手指都在一个平面内运动.由此提出手指操作平面的概念,从而将研究抓取姿态的问题转化为研究手指操作平面单位法向量的问题.建立球面变胞手掌的全局坐标系,得到3个手指平面的单位法向量在此全局坐标系下的表示,将抓取姿态映射成为姿态直纹面.分析3种常用指尖抓持姿态,得到实现抓持姿态时手掌需要满足的条件,并转化为非线性方程组的求解问题,得到满意的数值解.最后利用三维造型软件进行仿真,验证了计算的正确性.     

手指可达工作空间的三维建模

根据人体解剖结构建立了手指机构学模型.通过测量活体手指的长度及活动度,研究了人体手指几何和运动参数的分布,并用曲面包络的方法求出手指可达工作空间的三维模型.     

正交结构6-PP^＋S并联机构的工作空间分析

为简化机构运动学模型,提出了一种正交结构6-PP^＋S并联机构,利用封闭矢量法建立了运动学方程．基于机构运动学方程和运动副的结构约束,给出了基于运动学模型的动平台工作空间约束模型,求出了工作空间的形状,研究了动平台在给定机构参数下不同姿态的工作空间,并进一步考察了机构参数的变化对工作空间的影响．这些对正交结构6-PP^＋S并联机构的应用具有指导意义．     

绳牵引并联机构与多指手抓取的连接关系

由于绳牵引并联机构与等价的无摩擦点接触抓取模型存在结构相关性和力传递相似性,所以分析多指手抓取中一个位形的瞬时特性的很多工具,可以用来研究绳牵引并联机构的相关问题.利用平面对心抓取定理与Ebert-Uphoff提出的相关定理,确定2-2型1R2T机构的力封闭工作空间边界.文中指出,Canny关于3维封闭抓取的研究工作对确定3-2-2型,3-3-2型和3-3-3型的3R3T机构的力封闭工作空间边界有指导意义,但两者之间的真实关系还有待于进一步深入研究.     

基于CFFCA的全驱动五指灵巧手抓取研究

为精确控制灵巧手对目标物体的抓取,针对灵巧手对目标物体的抓取控制实时性不高的问题,设计了全驱动五指灵巧手试验样机DH-MN-I。分析了单根手指的正运动学与逆运动学,提出了接触力反馈控制算法( CFFCA: Contact Force Feedback Control Algorithm) ,利用压力传感器的反馈值,实时控制灵巧手和目标物体之间的接触力,并且详细描述了灵巧手的强力抓取和精确抓取两种抓取模式。在全驱动五指灵巧手试验样机DH-MN-I 上的实验证明,在两种抓取模式下该算法对两种尺寸的目标物体实现抓取控制是可行的。利用提出的接触力反馈控制算法可控制全驱动灵巧手和目标物体之间的接触力,实现灵巧手对不同大小的目标物体的稳定抓取操作,实验结果表明,该算法实时性较好,有很高的灵巧性,具有应用价值。     

一种改进型圆盘法提取手形特征点的新方法

现有手形指根和指尖点提取方法对手形图像有较高的摆放要求.针对自然摆放的手形图像,提出一种改进的圆盘法算法提取手形特征点.首先,利用数码相机对手形图像进行采样并进行灰度化与二值化;然后,提取手形图像的单像素轮廓;最后,提出改进型的圆盘法提取手形图像的指尖点和谷点.通过对包含155人共310副手形图像的验证,实验结果表明,提出的算法与方法可有效提取单像素手形轮廓线,对手形图像的指尖点与谷点的正确提取率分别为95.6%和94.8%.提出的方法克服了传统圆盘法提取高分辨率手形图像特征点效率低的缺陷,避免手指张开程度对算法可靠性的影响,体现了方法的优越性.     

变姿态下的多指手抓取爆炸物能力分析

将多指手运用于排爆机器人以提高处理爆炸物的能力。论文针对排爆机器人在作业时其姿态的不断变化对抓取爆炸物能力的影响,寻求有利于提高抓取能力的最优手指关节角,以及多指手在不同的姿态下能抓取爆炸物的最大重量,并得出抓取能力最差的位姿。论文还考虑到爆炸物容易爆炸的特点,研究接触力不超过爆炸物所能承受的极限时多指手的抓取能力,为机器人安全操作爆炸物,防止过大的夹持力而使爆炸物发生爆炸提供理论依据。     

正交机器人机构工作空间的数值算法

提出了一种计算 n 自由度正交机器人机构工作空间的数值方法。先求出机器人机构末端两个关节对应子工作空间的边界曲面,在前一个关节建立参考坐标系,将已知子工作空间的边界曲面分成若干层,求出每一层上的截交线,定义截交线的两个端点、半径坐标值最大点和最小点等为特征点,根据这些特征点可生成前一级子工作空间的边界曲线和边界曲面,由此递推可生成工作空间的边界曲面,并计算出工作空间的体积值。以三自由度正交机器人机构为例进行了仿真分析,结果表明该算法具有运动学计算量小、结果精确等优点。     

神经网络辨识的液压挖掘机LPV模型

针对液压挖掘机动臂关节的非线性建模问题,提出一种基于神经网络的线性变参数(LPV)模型的辨识方法.在各个工作点处根据其关节速度的一阶惯性加延迟模型,获得其关节角度模型;结合调度变量特性,采用神经网络辨识出LPV模型的参数,设计出挖掘机动臂在全局工作范围的LPV模型.通过仿真实验,验证了该方法的有效性和模型的准确性.     

基于时间最优控制的模糊控制优化方法

讨论了二次积分系统的时间最优控制．考虑到系统的鲁棒性和抗扰动能力，对其参数设计方法进行了改进．理论分析和仿真表明，这种基于时间最优控制的非线性设计方法具有很好的控制效果和鲁棒性，适用于一类二阶系统的控制．通过二阶系统的模糊控制和时间最优控制的对比发现，一类二阶系统或可近似为二阶系统的模糊控制实际上是对二阶系统最优控制的一种近似．在此基础上，指出了模糊控制规则设计中一种常见的错误，并提出了基于时间最优控制的模糊控制规则的制定和优化方法     

空间五指灵巧手单指力柔顺控制系统设计

为了可靠稳定地抓握物体,空间五指灵巧手大多采用主动柔顺控制方法。针对单指研究了腱空间和关节空间两种阻抗控制方法。基于所研制灵巧手系统参数建立的动力学模型,对两种方法进行了仿真分析。仿真结果验证了腱张力分配算法和两种控制器设计的有效性。关节空间控制方法消除了耦合效应,从而具有更好的跟踪性能。