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超声电机驱动五指灵巧手的设计与仿真

机械科学与技术 2007年第10期26卷 1264-1267页

作者：郭语孙志峻黄卫清南京航空航天大学南京210016

设计一个由超声电机驱动的仿人五指灵巧手,由于超声电机的一些优点,使得该五指灵巧手与人手相仿,共有20个独立自由度,重量不足1000 g。为了检验设计方案是否能达到预期的效果,运用ADAMS分析软件对模型进行了运动学和动力学的仿真,仿真... 详细信息

设计一个由超声电机驱动的仿人五指灵巧手,由于超声电机的一些优点,使得该五指灵巧手与人手相仿,共有20个独立自由度,重量不足1000 g。为了检验设计方案是否能达到预期的效果,运用ADAMS分析软件对模型进行了运动学和动力学的仿真,仿真结果表明设计方案合理可行。

关键词：超声电机五指灵巧手 ADMAS

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基于关节约束的欠驱动五指灵巧手设计与验证

机械设计 2020年第9期37卷 42-48页

作者：杨占力赵松刘今越郭士杰河北工业大学机械工程学院天津300130 河北省机器人感知与人机融合重点实验室天津300130

为满足护理机器人末端执行机构的灵巧性与手指姿态可控性要求,设计了一种基于关节约束的欠驱动五指灵巧手,该灵巧手结合电磁技术和变胞机构思想,可实现手指各自由度的单独控制。在所建立的欠驱动五指灵巧手食指模型基础上,开展运动学分... 详细信息

为满足护理机器人末端执行机构的灵巧性与手指姿态可控性要求,设计了一种基于关节约束的欠驱动五指灵巧手,该灵巧手结合电磁技术和变胞机构思想,可实现手指各自由度的单独控制。在所建立的欠驱动五指灵巧手食指模型基础上,开展运动学分析,获取工作空间范围;利用ANSYS Electronics软件,进行旋转关节电磁仿真研究;利用灵巧手的样机,开展包络抓取和精确抓取试验验证。结果表明,该欠驱动五指灵巧手利用旋转关节的电磁约束,可有效实现对自由度的单独控制,并使手指指尖到达工作空间边缘点。研究结果为实现护理机器人灵巧手的小型化、轻量化及灵活稳定抓取提供了新的选择。

关键词：欠驱动五指灵巧手工作空间关节约束电磁铁

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空间五指灵巧手控制系统设计

空间五指灵巧手控制系统设计

作者：韩运峥南京航空航天大学

学位级别：硕士

随着我国航天领域空间站项目的快速发展,宇航员的在轨操作任务越来越繁重,为了减轻宇航员的劳动强度,对智能机器人的需求越来越迫切,未来的航天任务将会由宇航员和机器人协同完成。传统的“夹钳式”末端操作工具的工作能力有限,远不能... 详细信息

随着我国航天领域空间站项目的快速发展,宇航员的在轨操作任务越来越繁重,为了减轻宇航员的劳动强度,对智能机器人的需求越来越迫切,未来的航天任务将会由宇航员和机器人协同完成。传统的“夹钳式”末端操作工具的工作能力有限,远不能满足人机协同操作的需求。多指灵巧手的灵活性更高、工作能力更强、适应性更好,更适合复杂的航天任务。本文主要研究了空间五指灵巧手的控制系统设计,给出了灵巧手原理样机控制系统设计过程中采用的关键技术和遇到的主要难点。本文首先对比了国内外几种典型的灵巧手,在腱驱动和电机内置驱动方案中选择了更适合航天任务的腱驱动方案,并给出了空间五指灵巧手原理样机的主要参数。设计了空间五指灵巧手原理样机的各个子系统,推导了手腕的俯仰角和偏航角与丝杠位移的关系,对其进行了线性拟合;给出了N+1型全驱动和N型欠驱动方案的腱绳配置方法,推导了关节力矩与腱张力的对应关系;给出了关节角位置传感器的设计方法、标定过程和数据处理方法;选用合适的电机、驱动器和Twin CAT自动化软件实现了高速实时的多轴控制;给出了上位机软件和下位机软件的设计和架构。针对采用N+1型全驱动方案的手指,采用了D-H参数法来求解手指的运动学公式;针对腱绳的传力特点,用一种张力分配算法(TDA)来控制每根腱绳中的张力处于合理范围内,并用计算结果验证了张力分配算法的正确性;用阻抗控制算法控制指尖接触力的平滑变化;并用基于ADAMS虚拟样机的仿真实验验证了单指控制算法的可行性。针对采用N型欠驱动方案的手指,对其位置控制和关节力矩控制进行了详细分析,松弛区域的存在决定了欠驱动手指位置控制的不确定性,用基于ADAMS虚拟样机的仿真实验验证了位置控制的不确定性。遥操作实验和自主抓取实验验证了灵巧手控制系统的可行性,其中遥操作实验中腱的传力特性决定了灵巧手样机跟踪数据手套的运动时存在滞后。

关键词：五指灵巧手控制系统腱驱动张力分配算法遥操作

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基于机器学习的五指灵巧手抓取规划研究

基于机器学习的五指灵巧手抓取规划研究

作者：袁浩国防科技大学

学位级别：硕士

随着各国空间探索的不断发展,面向各种任务的航天器进入了太空。空间实验任务和空间在轨服务任务的强度越来越大,对宇航员提出严峻考验。由于宇航员进行航天活动存在生理限制和巨大风险,空间实验和在轨服务向无人自主方向发展。因此,空... 详细信息

随着各国空间探索的不断发展,面向各种任务的航天器进入了太空。空间实验任务和空间在轨服务任务的强度越来越大,对宇航员提出严峻考验。由于宇航员进行航天活动存在生理限制和巨大风险,空间实验和在轨服务向无人自主方向发展。因此,空间机器人自主操作逐渐成为实现空间实验和在轨服务的重要途径之一,它通过机器人自带的各种传感器、控制器,运行过程中无外界人为信息输入和控制,用机器人手独立地完成特定的行为。自主抓取是机器人自主操作研究的一大挑战。本文针对机器人自主抓取这一问题,以机器视觉与机器学习相结合,系统地研究了具有五指灵巧手的机器人的抓取对象感知、最优五指抓取点选择、自主抓取控制策略设计等抓取规划方法。本文的主要工作如下:设计了基于SVM-ranking的五指抓取点选择方法,可以规划出模型未知物体的五指抓取点。通过RGB-D传感器获取环境的彩色图像和深度图像,生成彩色点云;基于人手抓取分析,提出了一种最优五指抓取点三步选择策略;对于每一步选择建立了对应的搜索坐标系,并提取了相应选择对象的搜索特征;通过人工标记获取训练集,通过SVM-ranking学习算法完成了每一步选择模型的训练;通过测试,验证了五指抓取点选择算法的有效性。设计了基于深度学习的最优抓取区域快速选择算法,可以避免人工提取抓取特征,提升最优抓取区域的搜索能力。采用了一种稀疏自动编码器对区域抓取特征进行自主学习;针对RGB-D多模态输入,采用一种带有结构正则惩罚项的学习算法,对输入层和隐藏层1之间的连接权重和连接数进行优化,抑制过拟合;提出了一种两步级联选择策略加速最优抓取区域的选择;通过交叉检验对深度神经网络模型进行训练和评估。设计了五指灵巧手的抓取控制策略。分析了五指灵巧手的结构特点,并建立了五指灵巧手的简化模型;推导了其运动学模型和动力学模型;基于常见的机器人臂-手系统,设计基于五指灵巧手和机械臂的抓取执行策略以及机械臂和五指灵巧手的控制策略。完成了自主抓取仿真系统的搭建和仿真研究。基于ROS系统设计了五指灵巧手抓取仿真框架,搭建了自主抓取仿真平台;通过自主抓取仿真实验验证了五指灵巧手抓取规划系统的有效性。综上所述,论文研究了基于RGB-D数据输入和机器学习理论的五指灵巧手抓取规划问题,进行了五指抓取点选择方法、最优抓取区域快速选择算法、自主抓取控制策略的设计,以及自主抓取仿真验证,这些工作对于五指灵巧手应用于实际的抓取任务以及空间机器人自主操作任务具有一定理论和技术参考价值。

关键词：五指灵巧手抓取规划支持向量机排序深度学习

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基于套索传动的五指灵巧手设计与主从控制

中国机械工程 2021年第8期32卷 951-959页

作者：尹猛徐志刚赵志亮韩伟中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室沈阳110016 中国科学院机器人与智能制造创新研究院沈阳110016 中国科学院大学沈阳自动化研究所沈阳110016 东北大学机械工程与自动化学院沈阳110819

为了使灵巧手更加轻质化、拟人化,设计了一种由舵机经套索驱动的19关节灵巧手。参照人手关节确定灵巧手的构型,通过套索传动实现了关节解耦与驱动后置,并分别对关节机构与驱动集成进行了设计。建立灵巧手多指运动学模型并对其工作空间... 详细信息

为了使灵巧手更加轻质化、拟人化,设计了一种由舵机经套索驱动的19关节灵巧手。参照人手关节确定灵巧手的构型,通过套索传动实现了关节解耦与驱动后置,并分别对关节机构与驱动集成进行了设计。建立灵巧手多指运动学模型并对其工作空间进行了分析;基于弯曲传感器与主从映射算法实现了抓取的主从跟踪控制。搭建灵巧手样机并进行关节运动实验与抓取控制实验。实验结果表明,将套索传动应用于灵巧手具有可行性,基于主从控制可以实现灵巧手对多种物体的抓取。

关键词：套索传动五指灵巧手关节机构工作空间主从控制

一种仿人形五指灵巧手的运动学封闭解与仿真研究

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现代机械 2023年第6期 1-7页

作者：赵树伟贾楠王亚鹏长安大学公路养护装备国家工程研究中心陕西西安710065

针对一种复杂结构的仿人灵巧手,利用几何分析方法建立了灵巧手的运动学解析模型,并借助数值仿真软件对建立的模型进行了分析与验证。该灵巧手具有五个独立活动的手指,每根手指的指关节通过连杆机构耦合,由直线伺服电机驱动完成手指的运... 详细信息

针对一种复杂结构的仿人灵巧手,利用几何分析方法建立了灵巧手的运动学解析模型,并借助数值仿真软件对建立的模型进行了分析与验证。该灵巧手具有五个独立活动的手指,每根手指的指关节通过连杆机构耦合,由直线伺服电机驱动完成手指的运动。论文通过分析手指驱动机构的几何关系对指间关节解耦,求解灵巧手的正逆运动学封闭解;基于Adams仿真软件,建立灵巧手的运动学仿真模型,仿真结果表明,求解的灵巧手运动学解析模型正确、有效,并在此基础上分析了五指灵巧手的工作空间。

关键词：五指灵巧手运动学封闭解工作空间数值仿真

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基于Arduino语音控制的五指灵巧手

电子技术与软件工程 2018年第21期 60-61页

作者：李红渊上海常仁信息科技有限公司上海市201100

本文介绍了一种基于Arduino语音控制的五指灵巧手。该方案主要针对于会说话的残疾人,通过语音控制实现对目标物体的抓取。该语音控制的灵巧手系统包含电池模块、控制器、电机驱动模块、语音模块等。该五指灵巧手方案为在上海哲谦应用科... 详细信息

本文介绍了一种基于Arduino语音控制的五指灵巧手。该方案主要针对于会说话的残疾人,通过语音控制实现对目标物体的抓取。该语音控制的灵巧手系统包含电池模块、控制器、电机驱动模块、语音模块等。该五指灵巧手方案为在上海哲谦应用科技有限公司期间设计的第一代灵巧手。语音模块为非特定人声语音模块LD3320。该灵巧手可通过语音控制实现对日常物体的抓取。

关键词：非特定人声语音控制五指灵巧手