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.     

手指运动姿态检测及假肢手指动作实时控制

设计了一种通过实时检测手指关节弯曲角度控制假肢手指动作的实验系统.系统主要由手指运动姿态实时检测、关节角度分析、控制与驱动电路、欠驱动机电假肢手4部分组成,假肢手包含拇指、食指、中指3个独立动作的手指;利用加速度传感器ADXL330实时检测手指运动姿态信息,由DSPTMS320F2812微处理器实时检测手指关节运动的瞬时角度变化并进行PWM脉冲编码,控制步进电机运动以驱动假肢手指关节转动.并分别对加速度传感器检测手指运动和假肢手指动作实时控制进行了实验测试;实验结果表明,系统采用的加速度传感器ADXL330能实时检测手指运动姿态,利用手指关节角度信息能有效驱动假肢手指屈伸,并通过三指配合完成抓握动作.     

机械手夹持接触力及力封闭分析

为合理确定机械手稳定夹持时的夹紧力,采用弹性线接触理论计算在工件上施加预紧力后机械手V型体与工件之间的接触压力,并分析手指处于不同工况位置时接触压力的变化,在此基础上计算不同工况位置时指端两v型体的夹紧力.以力螺旋理论为基础,建立手指与工件的接触模型,应用力封闭原理分析稳定夹持时接触压力与工件外力之间的关系,提出手指夹持工件时的稳定性判定方法,并针对实例计算接触力及夹紧力.研究结果表明:该方法可以用于准确计算V型体的夹紧力,并进行力封闭性判别,能够为机械手结构设计及其控制系统设计提供可靠的参数值.     

The anthropomorphic design and experiments of HIT/DLR five-fingered dexterous hand

This paper presents a new developed anthropomorphic robot dexterous hand:HIT/DLR Hand Ⅱ.The hand is composed of an independent palm and five identical modular fingers,and each finger hasthree degree of freedom(DOFs)and four joints.All the actuators and electronics are integrated in thefinger body and the palm.Owing to using a new actuator,drivers and a novel arrangement,both thelength and width of the finger is about two third of its former version.By using the wire coupling mecha-nism,the distal phalan...     

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。     

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。     

基于肌肉电信号控制的假肢用机械手的设计

介绍了一种灵巧机械手的设计和控制,这种机械手可以作为多功能的上肢假肢.此机械手包含了手和手腕的设计.它的手部可以完成四种抓取模式(握,捏,侧握,侧捏),腕部可以屈曲和旋转.所有的这些动作仅有四个电机来控制.在尺寸优化的基础上,建立了食指的运动学模型并求出了食指运动学的正解和逆解.从而为进一步研究机械手的轨迹规划和控制问题提供了理论依据.最后,简要描述了肌肉电信号的产生以及如何利用肌肉电信号来控制该假肢的运动.     

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。     

机器人多指协调操作中抓取力的实时控制

提出了一个通用的抓取力实时控制算法．推广了抓取力的定义,探讨了抓取力存在性．定义了最优抓取力,给出了计算最优抓取力的具体算法．其核心是把抓取力的大小与方向分开处理,在抓取规划阶段确定抓取力的方向,在任务操作时仅调整抓取力的大小,而方向保持不变．该算法能很好地满足协调操作中力控制的实时性要求．仿真结果显示了其优越性．     

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.     

一种用于假腿的变结构智能控制器设计

针对智能假腿对不同步行模式(如上坡、下坡/楼梯、平地行走等)的力矩进行实时跟踪控制的需要,提出了一种新型变结构的小脑模型神经网络控制器(CMAC).CMAC利用一种随机重连学习算法对CMAC的输入模式进行遍历,其结构自组织到一个相对稳定状态.研究结果表明,在该状态下神经元上的输入连接不均匀分布,其度分布服从幂律分布,从而起到了优化CMAC结构的作用.这种变结构CMAC可以改善智能假腿适应步态变化的跟踪效果.     

形状记忆合金驱动的软体仿生手掌

与刚性部件控制的机械手臂或者手指相比,以记忆合金丝作为驱动器的驱动部件,避免了结构复杂的刚性部件以及复杂的运动反馈控制系统,其输出力—重量比高,驱动方式简便,引起各界的关注。本文以形状记忆合金为基础,设计试验了一种形状记忆合金丝驱动的软体仿生手掌。阐述了驱动记忆合金的原理、手掌的制作原理,建立了软体仿生手掌的运动学模型,采用matlab进行了运动学仿真验证分析,通过物理试验证明记忆合金驱动的软体仿生手掌可以达到手指弯曲及实际物体抓取的效果。     

非线性模型预测直接转矩和ASR/ABS控制的电动汽车纵向稳定性

为了解决电动汽车在加速和制动过程中容易发生滑移和抖动、不能满足稳定性和舒适性的要求,提出了一种基于主从式非线性模型预测(nonlinear model prediction,NMP)直接转矩控制(direct torque controt,DTC)的电动汽车鲁棒控制策略。采用双电机-单控制器主从式驱动模型,基于模糊逻辑控制器,在线确定权重因子的精确值,生成优化电动汽车驱动决策的最优切换状态,保证电机速度的精确跟踪。结合NMP-DTC电机控制方法,设计了一种模糊逻辑ASR/ABS控制器,以角加速度变化和滑移率变化为输入,以补偿转矩为输出变量,根据道路特性的变化提供补偿转矩,保证电动汽车行驶在最佳滑移率范围内,提高行驶的稳定性。基于MATLAB/Simulink进行变负载转矩电机跟踪和汽车纵向稳定性仿真,与参考速度进行对比分析。结果表明,所提出的主从式NMP-DTC的电动汽车ASR/ABS控制,在变负载下不仅电机跟踪轨迹误差降低,而且可保证在加速和制动过程中车辆的纵向稳定性控制。     

基于跟踪微分器的骨骼服阻抗控制方法

将阻抗控制方法引入骨骼服的控制中,利用人机之间安装的多维力/力矩传感器的测量信息来估计参考轨迹.针对由于普通差分方法引起噪声放大,使得参考速度和参考加速度不可用的问题,利用两级跟踪微分器获得包含测量噪声情况下的光滑的参考速度和参考加速度信号,从而实现所设计的阻抗控制.该方法能控制骨骼服跟随人体运动,同时保持人体对骨骼服的作用力最小,减轻人体的能量消耗.采用该方法对人体负荷情况下的蹲起动作进行仿真实验,仿真结果验证了所设计控制器的有效性和可行性,以及对人体刚度参数估计不准和负荷变化具有一定的鲁棒性.     

基于位置控制的多自由度机械臂非线性比例-微分阻抗控制

机器人柔顺控制可以响应环境变化,但接触信息的延迟以及未知机器人系统的跟踪误差等问题均导致接触瞬间力矩超调严重。针对上述问题本文提出一种基于自适应位置控制的改进阻抗控制策略,实现快速、精确的位置跟踪,同时,提高力控制的响应速度和精度。本策略采用双环控制,外环在传统阻抗模型基础上引入非线性接触力微分项在保持系统稳定性的同时提高机器人对接触力变化的响应,有效降低接触力超调;内环为自适应滑模控制,并使用RBF神经网络逼近机器人动力学模型并补偿系统中不确定性扰动,提高了系统的鲁棒性,提高收敛速度并降低跟随误差。通过仿真与实验,验证了所提出的改进阻抗控制方法相比于传统的阻抗控制方法有更好的力控响应速度和位置跟踪精度,可有效解决机器人与环境接触瞬间的接触力超调问题。     

新型机器人六维力传感器的测量电路

针对机器人腕部及手指所受空间六维力／力矩的测量，介绍了一种新型基于Stewart并联结构的六维力传感器，主要研究该传感器的测量电路，并对电桥电压灵敏度及温度补偿方法作了详细研究。     

热连轧机轧制力和轧制力矩模型研究

研究了一种适用于热连轧机的新型高精度轧制力和轧制力矩模型,建立了一个轧制力功系数和轧制力矩功系数的新型指数公式,将两个系数的表达式统一起来,仅含"压下率"和"压扁半径与出口厚度之比"两个影响因子,形式简洁,物理意义明显.给出了新型指数公式中待定参数的确定方法,求得的待定参数值对不同钢种和不同精轧机架具有通用性.预测实践表明,新型轧制力和轧制力矩模型提高了热连轧过程中轧制力和轧制力矩的预报精度,可用于热轧板带生产线精轧机架的在线控制.     

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.     

基于多智能体思想的辅助手部运动系统设计

考虑运用多智能体思想，辅助手部活动不便患者实现日常的抓握、伸直等动作。于Unity引擎内设计并实现了一个基于多智能体蜂拥算法的辅助手部运动系统的仿真模拟，并对基础蜂拥算法进行了改进，使其更符合手指的运动方式。该系统包含80个智能体（智能体安装在类似手套的载体上，且与载体之间由弹簧关节连接）以及5个可随意变换位置的虚拟目标点，5个目标点的位置分别代表患者左手5根手指意图到达的位置。辅助系统启动后，蜂拥算法控制的智能体开始自组织振动，通过弹簧带动手指逐渐运动至目标点，最终实现患者的运动意图。通过调整各目标点的位置，可充分辅助患者实现基本的抓握动作。该多智能体系统可根据实际情况灵活改变智能体的数目和大小，且具有良好的稳定性，为多智能体系统的应用提供了崭新的思路。     

基于阻抗控制的下肢康复外骨骼随动控制

针对外骨骼单一的轨迹跟随控制难以满足患者主动康复训练需求的问题,将基于计算力矩的阻抗控制应用到下肢外骨骼中,分析控制系统的误差,设计一种自适应鲁棒补偿控制器。研制一种基于电机+套索传动的下肢外骨骼,降低外骨骼下肢的质量以提高轨迹跟踪效果。采用Lagrange法进行动力学分析。建立MATLAB和ADAMS虚拟样机的联合仿真平台,分析不同阻抗参数对人机交互力跟踪效果的影响。联合仿真实验结果表明,机械和控制系统具有良好的轨迹跟踪和人机交互力跟踪效果,验证了算法的有效性,满足患者进行主动康复训练的需求。