机器人多指手的优化抓取力计算

由于机器人灵巧手与物体接触所产生的摩擦力约束为非线性约束,导致实时计算手指抓取力受到了极大的限制。提出了一种计算多指手优化抓取力的通用方法,其关键是利用拉格朗日乘子法,通过自动调节各手指法向接触力的权值系数来获得满足非线性摩擦锥约束的初始抓取力,并结合梯度流的方法对初始抓取力进行优化。对于任意的干扰外力,在满足抓取稳定性的情况下,可快速地计算出各手指的优化抓取力。仿真结果证明了该方法的有效性。     

一种新的计算三指机器人柔性手抓取力的方法

本文在柔性手与操作体点接触的基础上,采用旋量方法表示手指对操作体的作用力,并提出了判断手指抓取位置能平衡任意外力的条件。在指端的法向作用力满足单向性条件及切向作用力满足摩擦条件的前提下,给出了一种求解柔性手抓取力的行之有效的方法。     

水果被动抓取末端执行器的结构设计

针对一种水果被动抓取末端执行器,提出一种以简单的曲柄滑块机构完成机械手对各种水果抓取的设计思想,通过近似苹果轮廓的抓取手指,并添加抓取力控制精确的柔性缓冲装置,可满足多种水果的抓取,能很好实现多种水果分拣和采摘作业。首先通过对苹果果实生长形态参数和果肉硬度力学参数的分析,优化抓取手指结构以及对抓取性能进行力学模型分析和验证,然后对柔性缓冲装置进行改进,使其满足不同品种水果的抓取力要求,扩大了抓取对象范围。结构优化校核和机构运动仿真表明,该设计可以实现对水果的无损抓取。     

气动柔性五指机械手运动空间与抓取实验研究

设计了一种气动柔性五指机械手,采用单驱动型和多驱动型单向弯曲柔性关节作为单自由度手指关节,可完成多自由度抓、握、捏等人手灵活动作;搭建机械手运动学实验平台和抓取实验系统,利用3D运动捕捉系统,得到了机械手各手指运动空间,机械手可稳定抓取日常生活中不同外形和质量的物体,验证了其有类似人手的抓取能力。实验结果表明：机械手各手指基本完成了设计要求,实现各自抓取功能,具有良好的柔顺性和适应性。     

HIT/DLR多指手抓取操作研究

研究了HIT／DLR多指手在抓取操作过程中,其手指关节与被抓物体间的位姿对应关系,并基于多指平面抓取建立了HIT／DLR多指手完整的运动学方程．该算法通过自上而下的层次化结构算法简化了多指运动学的求解过程,避免了传统算法中抓取矩阵和手雅克比矩阵的高维矩阵计算．HIT／DLR多指手的抓取实验表明,该运动学算法能够满足抓取操作中的位置控制要求．     

面向增材制造的宏微结构一体化设计方法

针对面向增材制造的多尺度结构设计微结构之间材料连通性及尺度关联的问题,本文提出了基于自定义构型的子结构代理优化模型的宏微结构一体化设计方法。在该方法中,假设宏观结构由多个子结构构成,其子结构构型由相对密度等参数控制。利用设计域划分时子结构与宏观尺度比例关系,实现宏微结构尺度关联设计。在优化过程中,以子结构相对密度为优化设计变量,构建了以系列子结构为基础的自定义构型的微结构样本,设计了基于分段样条插值的代理优化模型,结合传统的优化准则建立了模型增材制造的宏微结构一体化设计框架,分析了代理模型的变量灵敏度及优化计算效率。通过计算实例,验证了所提方法的可行性及其所设计构型的可制造性。     

欠驱动四指灵巧手的设计与研究

传统的全驱动灵巧手独立驱动单元过多,控制复杂,体积和重量过大,造价高昂,限制了其实际应用.欠驱动多指手在保证一定运动灵活性条件下,极大地降低了系统成本,具有驱动单元少、控制器相对简单的特点,体现出更高的实际应用价值.本文提出一种通过腱、滑轮传动的欠驱动多指手的设计方案.给出了多指手的机械结构,以及拇指的独特设计.通过对手指静态构形的分析,讨论了影响多指手运动的关键部件关节弹簧的选取原则和方法.建立了手指的抓取静力学模型.在此基础上,分析了多指手抓取物体时弹射现象的形成.通过计算机仿真和实物实验,验证了能够利用4个电机实现4个手指的抓握、伸展和抓取不同形状的物体,且具有较强的抓取物体的能力.     

单自由度仿真机械手驱动机构的多目标优化设计

目的 设计单自由度仿真机械手的驱动机构,解决机器人自动装配、医学康复断指再造等多接触抓取装置设计问题.方法 基于驱动机构方案,建立其优化数学模型、仿真手的手指运动轨迹模拟方法 、抓取过程的力学模型和力的处理方法 以及力的平衡方程,采用NSGA-Ⅱ算法完成驱动机构优化设计.结果 应用所提出的驱动机构设计方法 将机构各构件的尺度综合这一复杂的设计问题转化为一简单的机构尺度多目标约束优化问题,获得了满足驱动力矩小、各构件尺寸小的较好的优化设计方案.结论 单自由度仿真机械手驱动机构的多目标优化设计方法 可以简化机械手设计.获得更加灵巧的机械结构,优化结果 表明该方法 是可靠的,是仿真机械手设计的新尝试.     

多指抓取力的线性组合计算

为提高力优化算法的实时性,提出一种新的计算抓取力初值的方法.首先离线计算一组单位外力对应的抓取力作为线性组合的基础向量,然后将任意外力分解为单位力的线性组合,对基础抓取力按同样规律组合,得到满足约束的抓取力初值.算例仿真分析结果表明,该方法的计算速度比拉格朗日对偶法、单值优化法更快,且减少了力优化算法的收敛步数目.在带摩擦点接触抓取模型中,应用该方法为多指抓取的力优化算法求取初值,有利于提高力优化算法的实时性.     

双圆弧谐波传动柔轮齿形参数多目标优化设计

根据刚轮和柔轮空载下连续不断啮合和"双共轭"现象能有效提高双圆弧谐波齿轮装置的啮合性能,提出了一种圆弧柔轮齿形参数的多目标优化设计方法。针对无公切线双圆弧齿廓,采用改进运动学法和精确转角关系进行共轭齿廓设计,以缩小共轭空白区间与共轭齿廓差异为优化目标,考虑共轭齿廓的存在条件,建立谐波传动多目标优化模型,进行单目标分析及多目标优化。结果表明:该优化方法可实现柔轮齿形参数的合理选择,使空载状态刚轮与柔轮啮合空白区域小于1.2°,共轭齿廓间差异在0.83μm左右,能满足工程应用要求,保证空载连续啮合及"双共轭"传动精度。     

平面索牵引机构工作空间解析求解与验证

为求解平面索牵引多体机构的力旋量封闭工作空间边界,提出矩阵零空间的方法。该方法通过对力的雅克比矩阵分析,推导出保证索力的非负条件,并根据此条件求解出力旋量封闭工作空间边界,找到力旋量可行工作空间。使用蒙特卡罗方法优化电机的位置和杆上牵索点的位置,使得力旋量可行工作空间最大,并保证机构的运行轨迹在力旋量可行工作空间的范围内。对平面串联两杆机构的一种构型进行参数优化求解和实验验证,结果表明参数优化后的构型可以保证预期轨迹在力旋量可行工作空间内,解析法可以准确地推导出力旋量封闭工作空间的边界。     

虚拟现实灵巧手姿态力度控制算法与仿真

针对灵巧手虚拟现实的控制,提出了数据手套控制手指关节角度,肌电信号进行抓取力度控制的方法.建立了虚拟现实灵巧手模型,根据神经网络算法实现前臂肌电信号对抓取过程中的拇指尖力预测.实验改变拇指接触状态,预测力模型与实际力度对比,验证模型的有效性.该研究可用于智能假肢控制及上肢康复训练、遥操作机器人等领域.     

多指手机器人抓取系统的稳定性

针对多指手机器人抓取系统,引入了密度函数用于研究其线性及非线性系统的稳定性,得到了使抓取系统的平衡解几乎处处渐近稳定的不等式条件．当抓取系统对几乎所有的初值满足不等式条件时,所考察的非线性系统的平衡解是几乎处处渐近稳定的．     

基于复合形方法的翼型优化设计研究

将流场分析程序和复合形优化方法耦合起来，发展了一种工程实用的翼型优化设计方法，用以提高翼型在多个设计点、在多种约束条件下的气动性能。通过求解N-S方程得到升力、阻力、力矩系数等气动参数，并以这些参数的适当组合构成目标函数，利用复合形优化方法对形成的目标函数进行最优化。算例表明，文中给出的翼型优化设计方法设计质量高，计算结果稳定，在工程上有较大的应用价值。     

水下球形机器人BYSQ-2型的结构设计与优化

提出了由内部配重转动机构改变姿态的水下球形机器人BYSQ-2型的结构设计与优化方法. 根据BYSQ-2型的构型方案与设计指标设计水下球形机器人的机械结构,在确定推进器的型号之后,首先根据海军部系数原则对导管内径尺寸进行优化设计;然后根据整体平衡原则进行结构对称性设计与配重质量优化设计;最后根据计算结果制作BYSQ-2型样机,样机水池实验结果表明其性能达到了设计要求.     

TBM钢拱架拼接机械手抓取对接机构

为了提高钢拱架拼接效率,降低人工作业对施工的影响,提出隧道掘进机(TBM)钢拱架拼接机械手的抓取对接机构. 利用图谱法对抓取对接机构进行构型设计,根据机构功能实现方式,将机构分解成2个支链,确定其自由度(DOF)空间和约束空间;根据线图的功能等效性,得到各支链自由度空间的若干同维子空间,配置合理的支链运动副,通过叠加组合,得到机构整体构型;建立机构的运动学模型,推导出机构各滑块位置与转动角的逆解;给出机构性能指标,利用螺旋理论,分析机构抓取模块的传递性能,结果表明,抓取对接机构的全局传递指标达到至少0.75,具有较好的传递性能,且其工作空间最大取值应小于π/2. 制作抓取对接机构的样机,对钢拱架拼接过程进行实验,验证机构的可行性.     

基于三维点云的机械臂抓取位姿检测方法

针对机械臂抓取检测中对物体抓取位姿检测精度低的问题,提出一种基于三维点云的机械臂抓取位姿检测方法。首先设计基于注意力机制的端到端抓取位姿检测网络SE-PointNetGPD(简称SEPN-GPD),其次针对pointnet网络在利用共享权重的多层感知器MLP处理3D点云数据时信息冗余的问题,引入通道注意力机制SENet模块,通过自适应地调整各个特征区域权重的方式,提升网络特征提取能力从而提高抓取位姿检测的准确性和可靠性,然后在YCB和BigBIRD公开数据集上进行验证。实验结果表明：SEPN-GPD抓取位姿检测方法的分类精度分别为86.2%和85.14%,且网络具有较好的模型泛化能力和较高的鲁棒性与稳定性,优于当前主流的PointNetGPD和GPD等抓取位姿检测方法。     

腱驱动假手手指运动及力分析

为优化多自由度假手的机械结构,降低其复杂性以及提高其可靠性,采用腱驱动方法实现假手单手 指的独立运动．腱驱动假手手指由驱动腱、钢丝轮、3个指节、3个关节及关节扭簧等构成,关节扭簧实现关节 的预紧和腱松弛后关节的回复运动．对弹簧刚度进行优化设计,实现腱驱动的手指各关节的顺序弯曲及手指 的大抓握．分析了手指抓取时各指节所受接触力与钢丝轮驱动力矩之间的关系．建立了手指的动力学模型, 得到手指的动力学方程．数值计算与仿真分析比较证明了理论计算的正确性,手指运动及抓握实验证明了该 种结构手指的可行性．腱驱动的假手手指具有零件少、结构简单、可靠性高等优点,为多自由度假手的研制提 供了有利条件     

一类两自由度碰振系统的胞映射计算

本文对一类两自由度碰撞振动系统在一定参数条件下的全局形态进行了分析,发现系统存在多吸引共存现象。在胞映射思想的基础上,结合变步长积分法,对这种现象进行了进一步研究,求得了系统在一定分析区间内存在的周期解及其吸引域,验证了胞映射方法应用在这类系统上的有效性,为碰撞振动机械系统的动力学优化设计提供了理论依据。