多指手自主抓取控制的研究

研究了时间-事件混合驱动的多指手自主抓取控制.在预抓取阶段,采用具有摩擦力补偿的比例-积分-微分(PID)位置控制算法实现手指的精确轨迹跟踪,该算法在传统比例-微分(PD)控制器的基础上,引入变速积分(RVI)提高系统的轨迹跟踪能力,引入平滑非线性反馈(SRNF)进行摩擦力补偿.在抓取阶段,采用基于事件的并行位置/力矩控制算法实现自由运动和约束运动之间的稳定过渡以及约束空间中的力矩控制.该算法采用基于事件的切换器实现控制模式的可靠切换,基于改进的纯积分力控制算法实现系统的稳定过渡和力控制.实验验证了该抓取控制方法的有效性.     

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.     

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.     

机器人多指手抓取爆炸物能力研究

应用力螺旋理论建立了多指手抓取矩阵与外力螺旋之间的关系,对多指手抓取爆炸物能力进行研究.首先建立多指手抓取爆炸物的力学模型,确定影响抓取的参数;然后以最大抓取重量为目标函数,建立满足力封闭约束条件下的抓取数学模型,并采用神经网络和优化方法对多指手抓取爆炸物进行了仿真,研究多指手不同抓取位置与爆炸物重量之间的对应关系,获得了多指手抓取爆炸物时最有利的抓取位置.     

基于速度场的上肢康复机器人的主动控制策略

针对上肢辅助康复机器人在临床使用中的安全性和平稳性,以及主动康复阶段对患者主动参与康复训练的要求,采用了有别于传统轨迹跟踪的轮廓跟踪策略,并设计了一个主动控制器.轮廓跟踪策略是通过空间中的速度场约束机器人的运动来实现的.速度场可使机器人平滑而稳定地沿着期望的空间曲线运动.主动控制器引入了患者作用力,使机器人的运动速度能够根据患者所施加的作用力进行调整,实现患者主动参与康复训练的目的.仿真结果表明,轮廓跟踪-主动控制策略能够在保证跟踪精度的同时实现人机交互.     

变姿态下多指手抓取爆炸物的能力分析

将多指手代替单自由度的夹持器应用于排爆机器人中,以提高机器人处理爆炸物的能力.由于机器人姿态的变化将影响多指手的抓取能力,文中对影响多指手抓取爆炸物能力的手指抓取姿态及机器人姿态进行了研究,寻求最有利的抓取模式.同时,运用螺旋理论和BP神经网络寻求多指手最优的抓取姿态(即最优关节角)及不同机器人姿态下多指手抓取爆炸物的最大重量,并给出了最优的抓取位姿.考虑到爆炸物容易爆炸的特点,文中还研究了多指手在有限接触力作用下的抓取能力.     

多模式驱动的机器人关节控制器设计及实验

建立了基于直流电机的系统模型,提出了基于PID的闭环反馈控制策略和基于时间或电流的切换控制方法.然后,借助Matlab/Simulink软件分别进行了位置控制、力矩控制及二者切换的仿真,并进行了关节驱动控制系统的软硬件设计.最后,通过实验对所提方法进行了验证与分析.仿真和实验结果表明:所设计的关节控制器,能够实现位置控制、力矩控制功能.在位置控制模式下,影响其响应速度的因素主要是驱动系统硬件.在力矩控制模式下,影响其响应速度的因素主要是PID参数,且当PID参数Kp,Ki,Kd分别为0.2,0.325,3.0时,系统具有较好的响应特性.位置控制与力矩控制2种模式间可基于时间和电流进行稳定的切换.该关节控制器能够应用于机器人关节驱动系统,实现关节的驱动与灵活的控制.     

基于滑模变结构控制的液压伺服系统超低速轨迹跟踪

为了实现液压伺服系统大摩擦力矩下的超低速轨迹精确跟踪,分析了系统中存在的非线性摩擦特性及摩擦模型.针对中空液压电机液压伺服系统,设计了基于趋近率的滑模变结构控制器,进行了阀控中空液压电机伺服系统实验研究.结果表明:滑模变结构控制方案较PD控制策略具有更好的动、静态特性以及对参数变化和外界干扰的鲁棒性,实现超低速下的大摩擦力矩补偿.     

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。     

基于DFL的地面运动基座轨迹跟踪控制

为解决地面运动基座的轨迹跟踪控制问题, 基于其动力学模型, 利用动态反馈线性化技术实现了系统的完全状态反馈线性化。根据线性系统理论设计轨迹跟踪控制器, 并采取时变控制器增益的方法在满足控制力矩饱和约束的同时取得了良好的跟踪效果。Matlab 仿真结果显示, 采用该方法设计的轨迹跟踪控制器可使系统跟踪期望轨迹, 采取时变控制器增益的方法可使系统在跟踪过程中既满足了控制力矩饱和约束, 取得了良好的跟踪性能。与其他设计方法相比, 该方法能很好地将控制力矩饱和的情况考虑在内, 控制器设计简单且具有良好的稳定性。     

Autonomous control of multi-fingered hand

This paper describes a novel autonomous control strategy of multi-fingered hand based on a modular control system of dexterous manipulation. A simple proportional-integral-derivative(PID) position control with friction compensation, which requires few friction parameters, is used to realize accurate and smooth trajectory tracking in pregrasp phase. In grasp and manipulation phases, an event-driven switcher is adopted to determine the switching between unconstrained position control and constrained torque control, and an improved explicit integral force control strategy is implemented to realize simultaneously stable contact transition and accurate force tracking. Experimental results have verified the effectiveness of the proposed autonomous control strategy of multi-fingered hand.     

机器人多指手的位置一力混合控制

分析了一类机器人多指手的动力学模型的特点,针对这类机器人多指手在运动和抓握２个过程中动力学特性有根大差异的特点,提出了１种切实可行的位置─力混合控制方案,并成功的应用于北京科技大学双拇指手控制系统。     

基于自适应模糊控制的多指手抓取控制研究

为了实现果实的稳定抓取，结合果实的生长情况设计了一种新型的多指机械手。采用自适应模糊进行控制，并在模糊输入输出记法上做了改进，仿真结果与理论分析一致，验证了该方法的合理性和有效性。     

基于自适应模糊控制的多指手抓取控制研究

为了实现果实的稳定抓取,结合果实的生长情况设计了一种新型的多指机械手.采用自适应模糊进行控制,并在模糊输入输出记法上做了改进,仿真结果与理论分析一致,验证了该方法的合理性和有效性.     

Development of an underactuated prosthetic hand with the step motor

0IntroductionThe design condition of electromyography(EMG)prosthetic handis different fromthe industrial robot handmainlyinits decorative nature,weightlimit andfunction.Generally commercial prosthetic hands are basically sim-ple grippers having one or two DOF(degree of freedom),which cannot meet the needs of the users[1].In thisstudy,we developed a multi-fingered anthropomorphicrobot handfor the EMGprosthetic handto realize activityof dailyliving[2].Based on underactuated mechanism[3],andt…     

交流永磁同步电机的反馈线性化位置控制

提出了交流永磁同步电机多目标输出跟踪控制的一般方法,利用微分几何中的微分同胚转换,先将永磁同步电机的非线性模型转换为与之反馈等价的线性模型,再采用线性系统中成熟的极点配置的方法对虚拟的电机线性系统进行控制器的设计.该方法实现了转子位置和转子磁链的动态解耦,将多输入多输出强耦合非线性的永磁同步电机系统分解成了两个独立的单输入单输出的子系统.在此基础之上提出了带干扰随动的位置伺服控制器的设计方法,不但实现了位置的动态跟踪控制,而且还能对扰动进行动态跟踪补偿.仿真结果证实了其有效性和优越性.     

高欠驱动的拟人机器人多指手

为改进清华大学研制的TH-1型拟人机器人手的传动机构,设计了一种欠驱动手指机构。该手指机构可用于拟人机器人手上,以较少的驱动器获得较多的关节自由度,同时获得较好的自适应抓取功能,降低装置对控制系统的要求。以该欠驱动手指机构为基础,设计了一种高欠驱动的拟人机器人多指手——TH-2手。研究结果表明:TH-2手具有高度拟人化、高欠驱动和高集成度,以及实时控制容易、体积小、质量轻、抓取功能较强等优点;TH-2手适合安装在拟人机器人上使用。     

基于非线性测度的机器人抓取动态稳定性

为了研究多指手机器人非线性抓取系统的动态稳定性,引入了l2-范数下非线性算子测度;证明了非线性算子测度类似于矩阵测度对线性系统平衡点唯一性的作用,可以用来分析非线性系统平衡点的唯一性和稳定性;应用非线性测度得到了多指手机器人抓取的动态稳定性,抓取系统靠近抓取平衡点的收敛速度及平衡点吸引域的估计;最后应用抓取实例验证了所得结论.结果表明,可以通过调节抓取系统参数使得抓取指数渐近稳定.     

HEV自动膜片弹簧离合器转矩跟踪PID控制

在同轴并联混合动力系统和自动膜片弹簧离合器数学建模的基础上,提出一种包含Kalman滤波器、串级变参数PID控制器的自动膜片弹簧离合器转矩跟踪控制策略,设计了变参数转矩环比例控制器,对行程环PID控制参数进行了优化整定,对HEV模式切换过程中,离合器传递转矩的跟踪控制进行了仿真和试验研究.结果表明,所提出的离合器转矩跟踪控制策略具有良好的效果.      

电动助力转向系统仿真及控制策略研究

电动助力转向系统(EPS)是复杂机电一体化的系统,在助力过程中控制策略起着决定性的作用.在动力学分析基础上,根据电动助力转向系统的数学模型,建立了EPS的Simulink仿真模型.在确定控制系统的结构后,对给定信号进行低通滤波,同时采用转向盘扭矩反馈和电流环反馈进行闭环控制,降低了系统的跟踪误差.仿真和实验结果表明,采取适时主动阻尼的低通滤波控制措施降低了跟踪误差,助力效果明显,系统动态响应特性良好.