液压软体抓手包络抓取接触力建模与实验

抓手的抓取模式包括指尖抓取和包络抓取,其中后者适用于体积较大物体,但受力状态较为复杂。以液压软体抓手为研究对象,提出了一种简化的包络抓取接触力建模方法。将软体执行器等效为若干刚性连杆,通过接触力分析获得了抓取物体的作用力矩。根据软体执行器的形变原理和抓取过程分析,获得了液压容腔驱动力矩与输入压力增量的关系,根据力矩平衡获得了接触力表达式。搭建了软体抓手包络抓取实验装置并确定了关键参数,分别开展了接触力模型验证实验和反馈控制实验,通过理论和实验结果对比,验证了所建模型在一定范围内的有效性。

助残抓取柔性外手指结构设计及抓取实验

为了解决上肢损伤患者所采用的协同和康复机构较为繁杂且昂贵的问题,课题组提出了一种可穿戴柔性外手指系统,能够与伤残手臂协同动作进行抓取。设计了欠驱动外手指本体结构,通过使用柔性关节减少了驱动器数量、结构质量及机构复杂性,同时使外手指获得了对不同外形及尺寸物体的抓取适应性;建立了外手指包络抓取过程的运动学和静力学模型;设计了外手指系统样机本体及驱动、控制模块;进行了弯曲运动仿真和样机抓取实验。仿真和实验结果表明该外手指系统能够稳定地实现对不同外形物体的包络抓取运动。该柔性外手指理论建模和结构设计具有合理性,有助于上肢损伤患者对物品进行抓取。

高适应性3指变位机械手爪的设计与研究

随着机器人在农业和物流等行业的广泛应用,抓取对象形状和体积呈多样化,对机器人的末端执行器即机械手爪的适应性提出更高要求。针对该问题,文中基于欠驱动的方式设计了一种具有高适应性功能的3指变位机械手爪。首先,建立3指机械手的三维模型,分析其平夹和包络抓取两种抓取模式;其次,对该结构进行力学分析包括弹簧的力学分析和手指的力学分析;最后,进行3指机械手样机加工研制和试验。试验结果表明:该机械手爪能够针对不同的物体实现稳定抓取,适应性高。

欠驱动仿人手的设计与控制研究

针对现在残疾人假肢主要以装饰为主而无法真正进行精确拿捏和包络抓取的问题,利用增材制造技术(3D打印),基于连杆的欠驱动和耦合原理,设计了一款多自由度仿人型灵巧手,同时嵌入角度传感器和压力传感器,通过传感器的信息反馈对灵巧手的运动进行力和位置的混合PID控制.

一种新型欠驱动机械手爪的抓取分析和优化设计

传统欠驱动机械手的运动和功能单一,难以实现对不同尺寸物体的稳定抓取.为此,提出了一种新型欠驱动手爪结构,并进行抓取分析和优化.首先,介绍了欠驱动机械手爪的整体机构设计,并对手指进行静力学分析,针对手爪包络抓取物体时可能发生弹射的不稳定情况,进行手指结构优化.然后,基于刚度矩阵的势能模型,确定指尖合理的尺寸范围并建立指尖最佳形状.通过几何约束中的数学公式,表达了指尖抓取时手指位姿和物体尺寸的关系.最后,完成手爪样机的搭建,并对常见家用物品进行了指尖抓取和包络抓取实验.实验结果表明,该机械手爪能够对各种尺寸大小的物体进行稳定抓取.

一种新型欠驱动三指节手指机构的结构设计及优化

针对当前存在的欠驱动假肢手手指机构拟人特性较差这一缺陷,通过综合耦合型手指在结构上的优势,引入能够使得各手指进行耦合运动的耦合连杆,提出了一种能够实现自适应包络抓取并具有较强拟人特征的新型三指节欠驱动手指结构,从而很好的弥补了欠驱动手在抓取过程中动作僵硬、耦合性差的不足。分析该手指的抓取过程,初步验证了该欠驱动手指完成包络抓取的可行性。根据虚功原理对手指的抓取静力学模型进行分析,得出完成包络抓取时各指节对物体的接触力,基于三指节手指抓取力尽可能均匀分布这一原则,建立手指结构优化的目标函数,利用matlab遗传算法工具箱对手指进行优化设计,得到满足上述原则的欠驱动手指机构的各杆件尺寸及抓取姿态。