Yoshimura折痕的双指机械手设计与分析

折纸的连续弯曲、扭转、伸展收缩和线性运动的特性,使得折纸构型比较适合机械手机构设计;然而,折纸在机械手方面的应用特别是对非柱状的机械手应用较少。基于图论和折痕分配算法提出了一种基于Yoshimura折痕的双指机械手机构,该机构由对应折痕等效形成的销杆连接构成。通过对折痕进行几何分析研究了该机构的运动特性,发现双指机械手机构能够实现弯曲抓取,具有弯曲程度大、抓取适应性强和结构刚度大的优点。对Yoshimura折痕的双指机械手机构进行了三维结构设计,通过对双指机械手机构进行自由度分析和几何分析,发现双指机械手单元具有3个自由度,机械手每个单元上的杆间角度越大可抓取物体的半径越小,且随着机械手横向和纵向单元数目增加其可抓取物体的半径变大。

绳驱动式欠驱动机械手稳定抓取构型分析（英文）

对一种新型绳索驱动式机械手进行了稳定抓取位形研究.该机械手具有欠驱动特点,采用绳轮传动系统和平行四连杆机构实现抓取功能.介绍了欠驱动机械手构型设计和抓取运动策略,建立了圆形物体包络抓取模型,推导出绳驱动力与指节抓取力的关系方程并分析了稳定抓取成立的条件.采用插值和迭代计算的方法,分析了绳轮式欠驱动机械手抓取圆形目标体时的稳定抓取位形. ADAMS准静力学仿真分析验证了指节抓取力分布的正确性,也验证了所提分析方法的可行性和有效性.欠驱动机械手指节接触力分布与被抓取物体位置关系表明绳驱动式欠驱动机械手具有3种稳定抓取位形.

一种基于改进DTW的人体运动模式感知算法

人体运动模式感知算法作为下肢外骨骼机器人的关键技术之一,是外骨骼能否平稳、高效地实现人机协同功能的基础。为提高感知精度,提出了一种改进的动态时间规整(DTW)算法和一种自适应权重分配机制。首先针对传统DTW算法存在匹配失真的问题,提出了一种新的路径约束条件,并适当松弛算法的端点,以处理端点部分数据可能无法对齐的问题;然后在多传感器决策层融合中设计了一种自适应权重分配机制;最后通过惯性测量单元(IMU)采集人体在六种常见运动模式下的运动数据进行实验。实验结果表明,所提出的改进DTW算法和自适应权重分配机制相结合有助于感知精度的提升,六种运动模式的平均感知精度由90.78%提升至97.64%。

基于部分反馈线性化方法的欠驱动绳索桁架式机械臂轨迹跟踪控制

近年来,一种新型的欠驱动绳索桁架式机械臂(UCTM)因适用于航空航天应用而引发了关注。然而,无重力平面欠驱动机械臂的轨迹跟踪控制问题是一个很大的挑战,因为该系统包含二阶非完整约束,大多数经典控制方法不适用于此类系统。此外,类桁架结构的复杂性导致动力学建模和控制器设计过程中产生计算复杂性和高度非线性的巨大困难。因此,解决这些困难对于UCTM未来的应用至关重要。针对上述问题,本文提出了一种UCTM的动力学模型建立方法和基于部分反馈线性化(PFL)的轨迹跟踪控制方法,通过跟踪给定的关节角轨迹,实现UCTM从初始位置到期望位置的控制目标。动力学建模过程中提出了一种模型等效方法,使UCTM与三连杆机械手在动力学行为上等效。提出了拉格朗日方程与复向量法相结合的方法,简化了推导过程。依据已建立的动力学模型,提出一种坐标变换方法,将控制力矩阵转化为欠驱动系统的常规形式,从而将控制力从未驱动项中分离出来,使其适用于PFL方法。然后,将PFL方法与线性二次型调节(LQR)控制方法相结合设计轨迹跟踪控制器,实现关节角跟踪给定期望轨迹的目标。仿真实验验证了所提方法的正确性和有效性。

冗余机械臂逆运动学求解方法研究进展

随着科学技术的发展,冗余机械臂凭借其多自由度的特性获得学者的广泛关注.其中包括执行指定任务时,需要将任务路径转换为关节空间轨迹,进行逆运动学求解,求取非线性函数的连续逆映射.该求解过程尤为重要且非常复杂,国内外学者对此开展了大量研究.这里将冗余机械臂逆运动学求解方法进行分类,归纳整理出各类求解方法,分别概述解析法、数值解法、智能算法以及对应子方法的基本原理、对比及研究现状.最后,指出逆运动学求解方法面临的核心问题以及发展趋势.

3-DOF索杆桁架式欠驱动机械手运动控制

索杆桁架式机械手是将绳轮传动系统和平行四边形机构结合而提出的一种新型欠驱动机械手。绳索驱动力同时驱动手指关节耦合运动,而手指关节运动又会直接改变绳拉力在各指节单元的驱动力分布,导致索杆桁架式欠驱动系统具有强非线性和运动耦合特点。针对该问题,利用虚功原理,将绳轮传动系统等效为耦合的关节驱动力矩,并建立3-DOF手指准静态运动学模型。根据手指最大运动空间约束条件,确定关节弹簧配置分布并开展手指准静态运动空间分析。采用拉格朗日方程法建立手指一般动力学方程,并转换为"A-P"型等效动力学模型。在此基础上,开展预变形阶段运动控制研究。通过仿真分析和样机试验验证所提分析方法和运动控制策略的有效性。

Kresling和Miura折痕混合型三指机械手的运动学分析及其设计

提出了一种基于Kresling和Miura折痕的混合型三指机械手,该手具有抓取范围大、结构简单和灵活性高的特点。首先,对Kresling折痕进行几何分析,建立了Kresling折痕参数与应变能之间的关系方程。利用坐标法建立了多层Miura折纸单元的力矩与指节长宽比之间的关系方程;在此基础上利用虚功原理建立了混合型单元的各个参数之间关系的数学模型,并采用D-H(Denavit-Hartenberg)坐标法计算出末端点的分布来确定机械手的工作空间;采用力矩平衡的方法,分析了机械手对圆柱体和长方体分别进行指尖抓取和包络抓取的情况,得出了各接触力与各关节角之间的关系。