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计算机工程与科学 2019年第7期41卷 1203-1211页

作者：邹俞晁建刚林万洪中国航天员科研训练中心北京100094 中国西安卫星测控中心陕西西安710043

群体虚拟手抓持规则是虚拟手和虚拟物体进行抓持操作的交互规则,用于判定虚拟手是否能够成功抓持物体。对基于几何的虚拟手抓持规则和基于物理的虚拟手抓持规则分别进行了研究,针对基于几何的虚拟手抓持规则规则简单、仿真效果较差,基... 详细信息

群体虚拟手抓持规则是虚拟手和虚拟物体进行抓持操作的交互规则,用于判定虚拟手是否能够成功抓持物体。对基于几何的虚拟手抓持规则和基于物理的虚拟手抓持规则分别进行了研究,针对基于几何的虚拟手抓持规则规则简单、仿真效果较差,基于物理模型的虚拟手抓持规则计算复杂、难以实现实时仿真的问题:(1)改进基于几何的虚拟手抓持规则,通过接触点位置、法矢和抓持面法矢制定抓持规则,使其效果逼近力封闭虚拟手抓持规则;(2)利用力封闭计算中抓持接触点和法矢不变的特性,通过内力配比避免了抓持操作中的非线性规划求解,使抓持操作阶段实现实时仿真;(3)通过几何约束进行初始抓持判断—力封闭计算校正—内力配比力封闭计算的策略,实现了完整的抓持过程实时仿真。设计的交互实验说明该抓持规则能实现高沉浸感和实时性的抓持仿真,可以应用到虚拟训练、虚拟装配等仿真平台。

关键词：稳定抓持几何约束内力平衡抓持操作配比

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多指机械手最小抓持力分析和评价

多指机械手最小抓持力分析和评价

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作者：张昊浙江理工大学

学位级别：硕士

N个接触点抓持任意形状物体的抓持力求解问题是当前机械手抓持领域所面临的关键性问题之一。本文针对N点抓持任意形状物体时所面临的抓持稳定性问题、最小抓持力求解、验证问题进行了相关研究。提出了抓持稳定性的判断流程,介绍了一种... 详细信息

N个接触点抓持任意形状物体的抓持力求解问题是当前机械手抓持领域所面临的关键性问题之一。本文针对N点抓持任意形状物体时所面临的抓持稳定性问题、最小抓持力求解、验证问题进行了相关研究。提出了抓持稳定性的判断流程,介绍了一种基于物理的最小抓持力计算模型,并通过实验设计证实了该模型能够较好的解决N个接触点抓持任意形状物体时最小抓持力计算的问题。论文的主要内容如下:第一章:对N点抓持任意形状物体时最小抓持力计算及真实性评价问题进行了简单的论述,对国内外学者在该问题所进行的研究进行了简要介绍,分析了目前抓持力计算领域的研究现状和重难点,明确了本论文的研究方法和研究内容。第二章:首先对基于物理的最小抓持力计算模型进行了推导和介绍;其次对多指抓持稳定的判断问题进行了总结和推导,并基于力封闭和形封闭相关理论,明确了抓持封闭性和抓持稳定性之间的关系;最终利用形封闭相关理论,总结出判别三指抓持稳定性的一般性方法及判断流程。第三章:以基于物理的最小抓持力计算模型为研究对象,着重对计算结果的真实性进行研究。搭建了人手以及机械支架抓持力测量平台,进行了一系列抓持力测量实验,通过实验测量值与模型计算值之间的对比,证实了最小抓持力计算模型所计算结果的合理性、真实性和准确性。第四章:将本文提出的基于物理的最小抓持力计算模型与其他抓持力计算模型进行对比评价,通过对相同模型相同抓持点的计算结果之间的比对,从真实性和准确性这两个方面对本文所提出的计算模型进行评价。第五章:介绍了基于物理的力触觉生成算法的计算程序,包括求解关键参数的方法以及抓持力求解的相关步骤,并对软件界面以及界面选项的相关功能进行了简要介绍。第六章:总结与展望。

关键词：机械手抓持力稳定抓持真实性评价

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气动变刚度软体机械手的抓持策略和控制方法研究

气动变刚度软体机械手的抓持策略和控制方法研究

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作者：陈元龙天津大学

学位级别：硕士

软体机械手作为服务机器人与非结构环境交互的一类关键使能部件,对提高和扩展服务机器人的智能化程度和应用范围具有重要作用。针对软体机械手在可变刚度设计与抓持控制等方面的现存问题,本文设计制造了一种具有变刚度能力和本体感知能... 详细信息

软体机械手作为服务机器人与非结构环境交互的一类关键使能部件,对提高和扩展服务机器人的智能化程度和应用范围具有重要作用。针对软体机械手在可变刚度设计与抓持控制等方面的现存问题,本文设计制造了一种具有变刚度能力和本体感知能力的软体机械手,搭建了基于软体机械手的抓持系统,并以此为平台开展了抓持系统的抓持策略以及软体机械手抓持控制与稳定抓持控制方法研究。全文取得的研究成果如下:(1)变刚度软体机械手设计制造及其抓持系统搭建。在传统快速气动网络(FPN)结构软体机械手的基础上引入变刚度层,选择薄膜弯曲传感器,设计并制造一种具有可变刚度和本体感知能力的软体机械手。在此基础上,设计气动回路,搭建视觉感知模块,结合机械臂与工作台完成抓持系统硬件建造;基于机器人操作系统(ROS)开发集成软体机械手控制器、机械臂控制器和视觉感知模块的软件系统,实现多模块之间的数据传输和协同控制。(2)抓持系统的抓持策略。针对抓持对象放置于平面的抓持场景,提出一套针对软体机械手抓持系统的抓持策略。基于抓持系统的视觉感知模块,研究抓持对象视觉定位原理,利用ROS-OpenCV提取抓持对象质心坐标,实现抓持对象位置识别;利用Moveit!规划控制机械臂运动轨迹,基于分段常曲率假设分析软体机械手运动学,开展实验获得软体机械手驱动气压与弯曲角度间的映射关系,为软体机械手的弯曲角度控制器设计提供基础。(3)软体机械手的抓持控制。考虑软体机械手的抓持特点选择长条型压力传感器,搭建传感器采集电路实现对软体机械手弯曲角度与抓持力的实时监测。以传感器读数作为反馈信号设计软体机械手弯曲角度控制器和抓持力控制器。研究了抓持对象的滑动过程,定义软体机械手的抓持系数,提出基于抓持系数的滑动检测识别方法,形成抓持对象的稳定抓持控制策略,通过开展不同质量抓持对象的稳定抓持实验,验证了稳定抓持控制策略的有效性。本文研究结果对推进软体机械手抓持规划策略和控制方法研究以及实现软体机械手的实际应用均具有重要意义。

关键词：软体机械手抓持系统抓持策略抓持控制稳定抓持

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