变抓取力的欠驱动拟人机器人手

由于传统的灵巧手自由度过多,控制复杂,驱动和控制系统体积过大,因而无法用于拟人机器人上。该文设计了变抓取力的欠驱动拟人机器人手TH-1。其食指采用了新颖的变抓取力手指机构,可实现稳定抓取。其拇指采用了新型的欠驱动手指机构,可以用较少驱动器获得较多的自由度。TH-1手的电机、驱动与控制系统等完全嵌入手掌,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。实验结果表明:TH-1手可成功安装于TH-1拟人机器人手臂,可完成常见伸展、握拳和以适当的力稳定抓取不同尺寸物体等拟人动作。该文研究的变抓取力机构和欠驱动机构也可应用于其他传动类型的手上。     

末端强力抓取的欠驱动拟人机器人手

为了实现自适应抓取效果、拟人化外观和具有末端强力抓取功能的机器人手,采用带轮传动、弹簧约束和活动套接的中部指段,设计了一种新型欠驱动手指机构。分析了该手指的强力抓取原理。由此设计了拟人机器人手——TH-3B手。TH-3B手外观、尺寸和动作模仿人手,有5个独立驱动手指、15个关节自由度、6个驱动电机,模块化程度高,结构紧凑,控制容易,质量小,成本低,对所抓物体的形状、大小自动适应,可以实现末端强力抓取,适用于拟人机器人上。     

机器人多指手的协调运动学

在全面分析手指关节运动与其操作物体间的运动学关系的基础上，给出了普遍适用的多指手的协调运动方程和运动约束条件。     

多指手的协调控制

根据手指和物体间相互作用的关系，把控制任务进行分解，每个手指作为一个子系统，由低层控制器控制，各子系统由协调层协调，各控制层只完成被分解的较为简单的任务，这种控制结构可以方便地采用多机控制，避免因计算速度太慢而造成的困难，控制算法和控制系统的设计也较为简单。     

机器人多指手协调操作中的约束运动及规划

以点接触滚动约束为模型对手指尖与物体之间的运动关系进行研究，目的是在被操作物体、手指轮廓及物体运动已知的前提下，为确定手指及手指上接触点的运动和位置提供一种有效的求解方法，对约束运动规划作了讨论，提出了一个用于运动规划的性能指标，即任务空间的力椭球。     

机器人多指手的自校正模糊控制

采用自校正模糊控制方法对北科大双拇指手进行控制。通过调整模糊控制的量化因子、比例因子及控制规则，达到双拇指手能快速响应、抓握力无超调控制，并通过分级控制实现对质量未知的物体的稳定抓握。实验证明这种控制方法与常规模糊控制相比，具有较好的控制效果。     

基于滑觉功能的机器人多指手稳定抓取方法

提出机器人多指手滑觉功能的一种实现方法和基于滑觉功能的机器人多指手力反馈控制方法。机器人多指手的滑觉功能是通过检测力觉传感器输出的变化而实现的,而通过将滑觉判断与力反馈控制相结合,并在力反馈控制系统中引入分级模糊控制的思想则可以使机器人多指手在实现滑觉功能的同时完成对物体的稳定抓取。     

机器人多指手的位置——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很大差异的特点，提出了１种切实可地的位置－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。     

多指手的协调阻抗控制

采用协调阻抗控制解决多旨手在自由空间和受限空间的控制，这种方法可调节物体位置和对外界作用力间的阻抗关系，实现所需的物体动态性能，同时，考虑了多个手指间的协调，并对自由运动和受限运动的情况作了仿真。     

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。     

HIT/DLR多指手稳定抓取的控制策略

提出了一种新的多指灵巧手实现稳定抓取的位置/力矩控制策略.该策略基于阻抗控制的思想,在力矩控制器的基础上引入位置控制信息,并利用观测器对手指的控制模式进行切换.可以分别实现自由空间中的位置轨迹跟踪和约束空间中的精确力跟踪.虽然控制模式及输入信号在自由空间和约束空间有所改变,但核心的控制器都为同一个力矩控制器,可以保证过渡过程的平稳性,实现了多指手对物体实施精确的抓取.实验结果证明了该控制策略的有效性和可行性.     

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.     

基于内嵌式SMA电机的多指手驱动控制系统

提出了嵌入式方法,室温时将多根形状记忆合金丝嵌入液态橡胶中固化成弹性棒,由此构成内嵌式形状记忆合金电机.以结构小巧紧凑、功能完备稳定的人手为模型与目标,直接将内嵌式形状记忆合金电机作为指节,构造多指拟人机械手.阐述了记忆合金机械手的驱动控制系统的构成与实现.对DSP最小系统、加热模块、检测模块进行了设计.进行了软件系统的规划和实现,构建了完整的记忆合金机械手驱动控制系统.对单机阶跃响应以及多机协调运行等内容进行了实验研究.实验表明,单指节响应上升时间约为0.55 s,机械手基本能够按预定轨迹运行.     

欠驱动跳跃机器人运动规划

通过对欠驱动跳跃机器人的动力学模型的分析,结合机器人的雅克比矩阵及主被动关节之间的动力耦合关系,推导出了欠驱动机器人的伪逆运动学方程,对运动轨迹的优化数学模型进行降阶处理,并进行了运动规划的仿真分析.仿真结果分析表明了该方法的正确性及有效性,该运动规划方法对其他跳跃机器人的运动规划及控制方法的研究具有一定的理论参考价值,同时,亦可推广至平面多自由度的欠驱动机器人轨迹规划的问题上.     

仿人机器人未知地面行走控制方法研究

介绍了一种仿人机器人未知地面行走的控制算法 .该算法通过踝关节六维力 \力矩传感器信息感知地面环境 ,确定步态参数 ,利用基于ZMP稳定判据的规划方法进行实时运动规划 ,实现机器人稳定行走 .     

仿人机器人自适应步态规划方法研究

建立了仿人机器人关节转角与ZMP点之间的函数关系式 ,分析了实际ZMP点的计算过程 ,构造了一个具有学习功能的自适应步态规划参数修正框架 ,该框架能够通过学习满足仿人机器人行走过程中的实际ZMP点与理论ZMP点完全吻合 ,从而实现仿人机器人的稳定快速行走 ,降低了仿真计算结果与实际行走间的不一致性 .     

基于虚拟现实技术的排牙机器人应用研究

为了能很好地解决众多老年无牙颌患者全口义齿修复问题,针对排牙机器人的多指手进行结构优化设计,采取3个手指、9个自由度的多指灵巧手完成人工牙的抓取和排列任务,采用D-H坐标法建立了排牙机器人的正运动学模型,同时给出了转动和平移关节的位置和方向表达式,并在基于maflab／simulink仿真平台上应用虚拟现实技术进行了三维仿真,对排牙机器人的临床应用研究具有重要意义。     

多指灵巧手的运动学模型研究

要对灵巧手的各个关节进行实时控制,就必须要对各关节的位移、速度、加速度、力等情况进行研究．以自行设计的仿人多指灵巧手结构为基础,建立DH模型,对灵巧手的位姿和坐标变换进行分析,设置手指各关节的坐标系,确定各关节的齐次坐标变换矩阵,建立运动学方程．运用运动学的正解和逆解,分析、求解出相应的参数．为下一步研究动力学以及研究灵巧手的抓取规划和运动控制提供依据,从而灵巧手达到良好的动态性能和最优指标．