机器人多指手抓取运动学研究综述

对国内外在机器人多指手抓取运动分析研究领域取得的进展及研究现状进行了综述。介绍了常用的抓取模型,分析了接触构形的力封闭与形封闭性及判别条件和抓取质量主要评价指标,归纳了抓取规划和接触力求解的典型方法。指出了多指手抓取运动学方面有待进一步研究的问题。     

多指灵巧手抓取规划方法综述

对多指灵巧手的抓取规划方法的研究现状进行了综述。介绍了形封闭的相关概念，对抓取规划方法进行了分类，介绍了具有代表性的方法并阐述其特点。讨论了该领域存在的问题及其可能的解决策略。     

基于最大力螺旋多指手抓取规划

机器人多指手抓取物体时,为了保证抓取稳定性,必须对手指与被抓物体之间的接触位置进行合理的布局,寻求最佳的抓取位置.基于此,提出基于最大力螺旋的多指手抓取规划方法,将多指手可以平衡的最大外力螺旋作为评价规划的性能指标,建立力封闭约束条件下抓取位置与最大外力螺旋优化模型,并运用神经网络进行仿真,将该方法与基于广义力椭球方法进行比较.前者弥补了广义力椭球方法的局限性,可以清楚地描述多指手抓取位置与可平衡外力螺旋之间的对应关系,定量地描述被抓物体的稳定性程度,使得抓取规划的判断更直观、更具有实用性.     

基于支持向量机的机器人多指手预抓取模式分类

机器人多指手的抓持分类是抓持规划的一个主要问题。提出了一种基于支持向量机和二叉树聚类的分类方法来实现机器人多指手的抓持模式分类。根据多指手预抓取物体的几何特征，对机器人多指手的预抓取模式进行识别与分类，仿真结果表明该方法能快速而有效地实现机器人多指手的抓取模式分类。     

多边形物体带摩擦抓取的最优规划算法

多指机械手抓取物体时,需要选取手指和物体的接触位置,最大限度地抑制外来扰动,实现稳定抓取.基于此,考虑n指抓取任意多边形的情况,将各方向上多指手可平衡的最大外力螺旋作为优化指标,提出一种满足力封闭条件的初始抓取位置规划算法.经过仔细分析原始力螺旋集合的特点和优化指标在力螺旋空间的几何意义和物理意义,构造线性规划算法来求取给定初始抓取位置下改进抓取性能的最优方向.从初始位置出发,提出一种不断向最优方向改进抓取性能,最后收敛到最优抓取位置的迭代算法.计算实例表明,初始抓取位置规划算法能获得性能较优的初始抓取位置,同时由于最优抓取位置迭代算法每步均在最优方向上作改进,因此算法迭代步数少,运行效率高,计算结果达到或接近全局最优指标.     

动态载荷下多指手抓取爆炸物的研究

将多指灵巧手运用于排爆机器人替代简单的夹持器,用于处理爆炸物等各种危险品,使机器人具有更灵活的操作能力.针对排爆机器人在野外作业时由于跨越障碍、上下楼梯等原因导致机器人产生振动,从而使爆炸物产生动载荷而影响其抓取稳定性.对排爆机器人建立振动数学模型,获得爆炸物在冲击载荷作用下的动力学响应.运用旋量理论研究多指手在动态载荷下的抓取能力,寻求多指手在稳定抓取爆炸物的前提下最小的接触力,防止由于过小接触力而导致爆炸物的脱落,甚至发生爆炸.该研究对于夹持有危险性的物品及其夹持力的确定具有指导意义.     

基于任务适应性的多指手抓取规划

针对多指手抓取过程中手指与物体构成的执行系统，通过在任务空间引入力椭球和速度椭球的概念，构建了反映抓取映射传递特性的力传动比和速度传动比解析公式。在综合考虑传动比和抓取构型偏离奇异位置等要求的基础上，提出了反映抓取构型任务适应性的抓取评价指标，用于对抓取构型进行最优规划。结合实例说明了上述评价指标应用于多指手最优抓取规划的有效性。     

基于人工神经网络的抓取规划

针对机器人多指手自身特点，对其所有可能具备的抓取模式进行分类，利用人工神经网络表示被取对象的形状，几何参数及所处姿态与抓了模式之间得杂的非线性映射关系，通过样本对人工神经网络进行训练，用训练好的人工神经网络自动生成抓取模型，讨论更为一般的力分配问题，这时手指和物体之间的接触形式可以是无摩擦的上来的点接触，有摩擦点接触及软指接触中的任何一种，并不论是否对称抓取，为使实时抓取成为可能，考虑用ＢＰ网络和     

面向任务和基于几何特征的机器人多指手抓取模式规划

针对机器人多指手自身的特点,通过分析人手的抓取特性,对其可能具有的抓取模式进行分类。考虑被抓取物体的几何特征和任务要求,采用基函数为高斯核函数的RBF神经网络来表示被抓物体的样本特征和抓取模式之间的复杂非线性映射。将抓取模式分为10类,对于新的被抓物体,利用训练好的神经网络自动生成抓取模式,并利用VC++/OpenGL建立了可视化仿真平台,进行了抓取模式分类仿真实验,结果表明对于新的物体,机器人可以选择适当的抓取模式进行抓取。     

机器人多指操作的抓取力分析和实时优化

在非线性摩擦锥约束转换为对称矩阵正定线性约束的基础上,首先将抓取力摩擦锥约束进一步转换为线性矩阵不等式约束,使抓取力封闭判别问题转化为带线性矩阵不等式约束的可行解问题,完成抓取的力封闭条件判别,然后根据摩擦锥的正定线性约束矩阵和抓取力平衡约束矩阵的分块特性和稀疏特性,实现多指滚动操作实时抓取力优化计算.最后在多指手实验平台上实现并验证了算法.     

类人机器人腕用六维加速度传感器的理论研究

类人机器人灵巧手抓取过程中的惯性力会影响到抓取的鲁棒性,为了消除惯性力的影响,需要检测出加在手上的空间加速度反馈给控制系统,以确保抓取的平稳性和快速性.采用并联机构作为弹性元件研究了一种六维加速度传感器,建立了静态数学模型,推导了加速度和灵敏度雅可比矩阵,并对传感器的静态特性进行了研究.根据定义的静态性能指标采用空间模型理论的图谱寻优法,优化设计了传感器的理论模型参数.为了验证设计参数的可靠性,给出了1种类人机器人腕用六维加速度传感器的算例,仿真实验获得的各弹性连接杆上应变的实验值与理论值的最大误差为1.617％.最后标定实验结果证明研究的理论和方法是有效和可靠的.     

医用排牙多指灵巧手的结构参数优化设计

针对排牙多指灵巧手手指的工作状态,通过D-H坐标的建立,借助于雅可比矩阵和一些结构参数优化的评价指标,利用多目标函数优化的方法,并结合排牙工作的特点和多指灵巧手抓取物体的特性建立约束条件,对手指各项参数进行了优化计算.结果证明：此优化能有效减少灵巧手指的长度,使其各标准综合达到最优.得出了包括1个手掌、3个手指、9个回转关节的灵巧手结构.     

一种自适应拟人手指抓持力分析与结构优化

采用齿轮齿条传动机构，设计了一种新型自适应拟人手指。该手指自身不带驱动器，适合抓取不同形状、尺寸的物体，使机器人多指手以较少的驱动器驱动较多关节自由度。电机的数量大大减少使机器人手具有许多优点。另外，该手指与人的手指相似，适合用于拟人多指手。分析了该手指抓持力与其设计参数的关系，提出了该手指的结构优化设计原则。     

机器人多指灵巧手的结构型式的优化分析

本文对目前已经制造出的几何典型的多指灵巧手的结构进行了分析,对多指灵巧手结构形式上的几个主要方面进行了优化分析,提出了完成一任务的通用的多指灵巧手的最优结构型式,并对其进行了具体的结构设计,给出了三维视图。     

多指灵巧手的最佳灵巧性设计

首先讨论了多指抓持系统中抓持物体的灵巧性 ,指出该系统的灵巧性取决于各手指的性能。然后 ,分析了单个手指 (单个操作器 )的灵巧度 ,通过对手指灵巧性的要求 ,确定手指 (操作器 )的最佳工作区域。最后 ,提出具有最佳灵巧性的多指灵巧手的设计准则 ,并利用两指手、三指手的设计 ,表明了多指手的最佳灵巧性设计     

基于PVDF的欠驱动多指手滑触觉硬件系统

为解决传统果蔬采摘欠驱动多指手抓取力控制精度不高的问题,提出了一种基于聚偏二氟乙烯(PVDF)压电薄膜技术的新型欠驱动多指手滑触觉系统,该系统由信号采集和信号处理两个模块组成;分别设计了滑触觉传感器,电荷放大、低通滤波、工频限波、电压放大等电路,并进行了捏取和抓取实验.实验结果表明,该系统能较好地控制多指手的抓取精度,实现无损伤抓取,且具有广阔的应用前景.     

多指手Power抓持的鲁棒性分析及稳定载荷域计算

分析了多指手Power抓持可被动抵抗外部载荷扰动影响的性质，给出具有一般意义的抓持鲁棒性定义。基于抓持接触力空间的分解及接触力空间与外力空间的映射关系，将外力空间分解为主动平衡外力子空间及被动平衡外力子空间，给出抓持系统具有鲁棒性质的充分必要条件。针对Power抓持鲁棒性的定量描述，提出一种确定抓持稳定载荷域的有效算法。     

Human-sized anthropomorphic robot hand with detachable mechanism at the wrist

In this paper, we proposed a human-sized multi-fingered robot hand with detachable mechanism at the wrist. The fingers are tendon-driven by wires and the actuators are embedded in the arm part. The driving forces from the arm part are transmitted to the hand part by a gear mechanism at the wrist. The gear mechanism makes the hand part and the arm part splittable. The detachable mechanism enables separate maintenance of the hand and arm parts. To avoid undesired joint mutual interferences due to the tendon-driven mechanism, a joint motion correction control is implemented in that counteracting motions are ordered to actuators. The correction coefficient can be calculated based on the mechanical configuration. The developed robot hand has the size of 200[mm](length) × 78[mm](width) × 24.6[mm](thickness) and can exert 10[N] at the fingertip. The performance of the developed robot hand was shown by a motion control experiment.     

多指手的操作灵巧性设计

将多指手的设计分解为手指机构的灵巧性设计及手指的合理布位两个子问题。针对子问题一,以手指雅可比矩阵条件数的倒数为位形操作灵巧性指标确定了合理的手指杆长比例及指端的灵巧操作区间。以灵巧操作速度和灵巧操作力为指端操作灵巧性指标,给出了确定手指驱动器功率的算法。对于子问题二,根据操作灵巧性对各指端灵巧操作区间相对位姿关系的要求,给出了手指布位的一般性原则。     

Geometric Design-based Dimensional Synthesis of a Novel Metamorphic Multi-fingered Hand with Maximal Workspace

Current research on robotic dexterous hands mainly focuses on designing new finger and palm structures,as well as developing smarter control algorithms.Although the dimensional synthesis of dexterous hands with traditional rigid palms has been carried out,research on the dimensional synthesis of dexterous hands with metamorphic palms remains insufficient.This study investigated the dimensional synthesis of a palm of a novel metamorphic multi-fingered hand,and explored the geometric design for maximizing the precision manipulation workspace.Different indexes were used to value the workspace of the metamorphic hand,and the best proportions between the five links of the palm to obtain the optimal workspace of the metamorphic hand were explored.Based on the fixed total length of the palm member,four nondimensional design parameters that determine the size of the palm were introduced;through the discretization method,the influence of the four design parameters on the workspace of the metamor-phic hand with full-actuated fingers and under-actuated fingers was analyzed.Based on the analysis of the metamor-phic multi-fingered hand,the symmetrical structure of the palm was designed,resulting in the largest workspace of the multi-fingered hand,and proved that the metamorphic palm has a massive upgrade for the workspace of underactuated fingers.This research contributed to the dimensional synthesis of metamorphic dexterous hands,with practical significance for the design and optimization of novel metamorphic hands.