灵巧手研究现状及挑战

灵巧手作为仿生学与机器人学结合的产物,具有人手的一些外形特征和功能。灵巧手是第4代机器人,通过模拟人类运动、感知、控制、能量、材料方面的仿生,实现模拟人手运动。通过分析国内外在灵巧手方面取得的成果,可以得知灵巧手的发展经历了早期阶段、初期阶段、中期阶段和跨世纪阶段4个阶段,灵巧手正在日益朝着具有柔顺灵巧的操作功能,具有力觉、触觉、视觉等智能化方向发展。探讨了灵巧手在未来发展中将要面临的挑战,它包括内在知识技术支撑方面的挑战和外在科研环境扶持方面的挑战。针对我国机器人产业的现实状况,借鉴国外成功经验的基础上,给出了一些建设性的建议。     

欠驱动两指多指杆机器人手及其运动学分析

在许多工业应用中,常要求机器人手结构简单、操作灵巧、控制容易、且具有较高的操作适应性,研制的欠驱动两指多指杆机器人手,仅用一台驱动电机就能以直指或曲指方式履行各种工业操作任务。在此描述了欠驱动两指多指杆手的结构、工作原理与手指运动学分析,与现有的欠驱动机器人手相比,这种多指杆机器人手的结构更为简单紧凑,且能减少控制的复杂性,重量和成本,并能实现多功能抓取不同物体的能力。     

一种欠驱动电动型两指多指节机器人手

在许多工业应用中,常要求机器人手结构简单,操作灵巧,控制容易,且具有较高的操作适应性,开发的欠驱动两指多指节机器人手仅用一台驱动电机就能以直指或曲指方式履行各种工业操作任务。文中描述了欠驱动两指多指节手的结构,工作原理与手指位移分析,与现有的欠驱动机器人手相比,这种多指节机器人手的结构更为简单紧凑,且能减少控制的复杂性,重量和成本,并能实现多功能地抓取不同物体的能力。     

欠腱驱动多指灵巧手的设计

提出一种欠腱驱动多指灵巧手，它具有结构简单，操作灵巧，控制容易，较高的操作适应性，每个多指节手指仅用一个腱驱使手指弯曲运动。文中描述了欠腱驱动多指灵巧手的结构设计与手指位移分析，与现有的多指灵巧手和欠驱动多指杆机器人手相比，这种手指灵巧手的结构更为简单紧凑，且能减少控制的复杂性、重量和成本，并能实现多功能地抓取不同物体的能力。     

DLR/HIT仿人机器人灵巧手的设计

基于对人手结构及功能的分析，提出了仿人机器人灵巧手的设计依据，并以此为目标设计了DLR／HIT仿人机器人灵巧手。DLR／HIT手具有与人手相似的自由度配置，共有13个自由度，具有4个相同结构的手指，每个手指具有3个自由度，拇指另有一个张开／闭合的自由度，包括位置、力／力矩、温度等多种感知功能以及高速实时控制器的设计，这些功能赋予了DLR／HIT手更强的操作能力。通过抓握仿真，证明DLR／HIT手能够在一定范围内实现人手的抓握操作。     

机器人多指手可变腕掌设计

目前,对于大小、形状各异的物体,机器人多指手的抓取规划和控制问题尚未得到完善的解决。总结现有各类机器人手掌,发现一些新型手掌结构可以提高机器人多指手的灵巧性和工作空间,且结构和控制相对简单。基于此,分析了章鱼腕的运动机理,提出了广义腕掌结构,可构型出任意大小和形状的多边形,并依此结构设计了一种12自由度的仿生机器人四指手。为了简化结构和控制,设计了一种5自由度的新型手掌结构,命名为可变腕掌。对于不同大小和形状的物体,可变腕掌能够自适应改变手掌构型,将手指变位到最佳的接触点位置,大幅提高了机器人多指手的灵巧度和工作空间。构型分析表明,对于大小、形状各异的物体,可变腕掌能够简单快速地实现自适应构型,既提高了机器人多指手的抓取质量,又降低了抓取规划和控制的难度。     

仿生多指机械手控制策略研究

对机械手仿生基本操作功能和控制策略进行了研究,定义了平动、滚动和旋转的功能模型,分析了利用重力和力平衡实现的多指手操作方法;利用牛顿欧拉公式建立了三关节指的运动学和动力学方程,论述了灵巧控制在生产自动化中的应用前景。     

欠驱动两指多指杆机器人手的操作过程与抓力分析

欠驱动两指多指杆机器人手仅用一台驱动电机就能以直指或曲指方式履行各种工业操作任务。文中描述了欠驱动两指多指杆手的操作过程与手指的抓力分析 ,并对手指抓力作了动态仿真。与现有的欠驱动机器人手相比 ,这种多指杆机器人手的结构更为简单紧凑 ,且能减少控制的复杂性、重量和成本 ,并能实现多功能地抓取不同物体的能力     

仿生多指机构手控制策略研究

对和仿生基本操作功能和控制策略进行了研究，定义了平动、滚动和旋转的功能模型，分析了利用重力和力平衡实现的多指手操作方法；利用牛顿－欧拉公式建立了三关节指的运动学和动力学方程，论述了灵巧控制在生产自动化中的应用前景，     

仿人灵巧手的结构设计与单指的控制策略

基于机电一体化设计思想和最新的驱动技术,通过分析人体解剖学,针对人类手掌的外形结构、驱动形式以及运动规则,利用仿生学原理设计了一种仿人五指灵巧手。该灵巧手有5个手指,11个自由度,在外观和功能上接近人手;除拇指外其余四指采用模块化设计从而简化了灵巧手的机械结构设计过程,增强了互换性和可靠性。该灵巧手在结构上是人手的1.5倍,手指具有位置、力/力矩以及关节角度的感知功能。通过气动人工肌肉驱动,利用C8051F040单片机对灵巧手指进行控制,采用PID控制算法实现对手指各个关节的位置反馈控制。