基于自适应神经模糊网络的果蔬抓取力控制

运用自适应神经模糊推理系统设计了农业机器人果蔬抓取力智能控制器。以当前抓取力和滑觉传感器信号的小波变换细节系数作为控制器的输入,末端执行器两指闭合距离作为控制器的输出。基于减法聚类建立模糊推理模型,通过调整聚类半径来优选模糊规则数。给出了训练样本数据集采集方法,并应用梯度下降与最小二乘混合训练算法辨识了控制器的前件参数和结论参数。对所设计的控制器进行了实验验证,结果表明该控制器能够适应果蔬质量、表面摩擦特性等方面的差异。抓取力超调量得到了限制,最大值小于0.8 N,可以避免给抓取对象造成机械损伤。

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。

力抓取的接触力建模与可行抓取力分析

为了解决操作机和夹持系统性能设计中可行抓取力和承载条件计算问题,研究过约束、超静定条件下的接触力建模和抓取分析方法。基于抓取的接触动力学约束,采用拉格朗日乘子方法建立摩擦抓取的约束力求解模型。讨论超静定抓取中接触约束的不确定性。通过识别可行速度集合与约束力集合的旋量基及其张成的子空间,给出表达摩擦接触约束力可行解的主动内力子空间结构,即物体所受内力子空间与可调整驱动力的交集,通过对接触处约束力旋量系统的双重正置运算,识别出内力旋量系及其张成的子空间,使得能够显式计算动态平衡条件下的可行接触力集合,建立动态载荷作用下可行抓取力与承载力的求解方法。

机器人手可变抓取力机构研究

根据物体轻重程度和表面软硬程度 ,拟人机器人手在抓取时应采用不同的抓取力 ,研制变抓取力手具有重要意义。分析了传统的变抓取力手指机构实现原理 ,得出变抓取力手指实现的关键。为克服传统机构的不足 ,提出了一种新型变抓取力手指机构设计思想 ,具体设计并实现了该变抓取力手指机构 ,该变抓取力手指机构能够应用于各种驱动类型的手指上。此变抓取力手指机构被应用到拟人机器人手———TH 1手食指的 2个关节中。抓取实验证明 ,TH 1手能够稳定抓取不同尺寸的常见物体。

机器人多指协调操作中抓取力的实时控制

提出了一个通用的抓取力实时控制算法．推广了抓取力的定义，探讨了抓取力存在性．定义了最优抓取力，给出了计算最优抓取力的具体算法．其核心是把抓取力的大小与方向分开处理，在抓取规划阶段确定抓取力的方向，在任务操作时仅调整抓取力的大小，而方向保持不变．该算法能很好地满足协调操作中力控制的实时性要求．仿真结果显示了其优越性．

木材抓具抓取力及其抓爪应力的测试分析

为了探索木材抓具抓取力及抓爪应力,我们借助电测技术,采用横椭圆爪形抓爪,抓取速度v=0.16m/s,在抓实楞(工况Ⅰ)和抓格楞(工况Ⅱ)的两种工况下,测试了木材抓具的抓取力和抓爪上应力,并将两种工况下相应的数据进行了比较分析,给出了木材抓具抓取力和抓爪上应力的测试结果和变化规律,同时也给出了两种工况下木材抓具的偏载系数。其抓具的开闭方式采用斜立式油缸。为了测试抓取力及抓爪应力,两侧油缸与抓爪连接处各设置了拉压力传感器。在抓爪外缘从抓爪铰轴至抓爪尖依次五个点粘贴应变片。每种工况下分别进行五组径级原木(4、8、12、16和20cm。

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。

三指手抓取力封闭性的简单判别算法

根据力封闭抓取的定义建立了利用严格内力的存在条件进行三指灵巧手力封闭抓取判别的研究方法,构建了三指灵巧手力封闭抓取的等价判别算法。在手指指端与物体构成有摩擦的固定点接触模型的前提下,三指灵巧手力封闭抓取条件等价于抓取矩阵满秩并存在严格内力。首先,基于对物体表面接触位置的几何特性分析,建立了摩擦扇存在条件,每个指端接触点的内法矢与接触平面所成夹角小于接触点摩擦圆锥角;其次,通过研究接触点摩擦扇边界线及其交点的相互位置关系,推导了内力汇交多边形的存在条件,任意两个摩擦扇的边界线交点中,至少有一个位于第3个摩擦扇的严格内部,或者至少有3个边界线交点位于第3个摩擦扇边界线上;最后,在考虑内力平衡关系的基础上,建立了基于矢量计算的三指灵巧手力封闭抓取的快速判别算法。

腱驱动假肢手抓取力跟踪性能控制

研究腱驱动假肢手抓取力跟踪性能的控制问题,良好的抓取力控制性能是实现假肢手稳定抓取物体的基础。针对腱驱动假肢手手指关节之间存在的高度耦合和非线性因素以及外界扰动和环境知识等不确定问题,分析了假肢手的抓取过程并建立了接触空间的抓握模型,提出一种基于模糊滑模控制的腱驱动假肢手抓握力控制方法。仿真和实验结果表明,相对于传统的PID控制和滑模控制方法,采用基于模糊滑模控制方法能够有效的提高抓取力跟踪精度,并使系统具有较好的鲁棒性。

近指节角度可调欠驱动机械手的抓取力调节性研究

基于仿生学原理,以均力抓取为目标,设计了一种抓取力可调的欠驱动机械手。针对不同尺寸的刚性球体,依据参与抓取的指节数目,进行了3种抓取模式的分类研究,并分别建立了静力学模型。对抓取力的MATLAB软件数值计算结果表明:当输入转矩一定时,通过调节机械手近指节的初始角度,可以达到接触力大小相等的良好效果;当近指节初始角度不变时,通过调节输入力矩的大小,可实现在均力抓取状态下接触力大小可调的功能。

面向薄皮果类抓取的柔性手前瞻力控方法

针对当前机器人手存在的抓取力控性能差、控制系统复杂等问题,基于柔性手结构性能优势,提出一种面向薄皮果类柔顺抓取的前瞻预测智能力控方法。以最佳位形和力闭合为约束条件,提出适用于柔性手结构配置的4种抓取规划方法,并建立抓取稳定性评估机制。构建基于径向基神经网络的非线性回归预测模型,并重点提出基于最小抓取力的前瞻智能力控算法。分析抓取系统结构,设计分层模块化柔性手控制系统,最终搭建柔性手抓取实验平台,进行抓取性能测试。试验结果表明,相对其他2种方法,提出的抓取力控方法抓取力分别降低10.64%和6.91%;抓取成功率分别提高2.67%和5.00%,平均值高达98.00%。研究为柔性手的进一步研究提供参考。

变抓取力的欠驱动拟人机器人手

由于传统的灵巧手自由度过多,控制复杂,驱动和控制系统体积过大,因而无法用于拟人机器人上。该文设计了变抓取力的欠驱动拟人机器人手TH-1。其食指采用了新颖的变抓取力手指机构,可实现稳定抓取。其拇指采用了新型的欠驱动手指机构,可以用较少驱动器获得较多的自由度。TH-1手的电机、驱动与控制系统等完全嵌入手掌,在外观与尺寸上均与人手相似,具有质量小、自由度少、控制简单、结构紧凑、适应性强等特点。实验结果表明:TH-1手可成功安装于TH-1拟人机器人手臂,可完成常见伸展、握拳和以适当的力稳定抓取不同尺寸物体等拟人动作。该文研究的变抓取力机构和欠驱动机构也可应用于其他传动类型的手上。

柔性外骨骼手的抓取力控制方法

为了辅助丧失手部运动功能的患者完成日常生活用品的抓取,研制了一种基于线张力反馈的柔性外骨骼机器人系统,其可实现手指指尖抓取力的稳定控制.首先介绍了柔性外骨骼手套的结构设计以及控制策略.然后建立了手指静态力学模型,通过套索入口侧线张力计算得到手指指尖与物体之间的接触力.针对套索传动过程中存在的摩擦损耗问题,通过物理方法将套索累计弯曲角度的变化范围限制在0。.90。范围内,并采用中值补偿的方法对摩擦损耗进行补偿.最后通过柔性外骨骼手套抓取力控制实验验证了手指静态力学模型以及摩擦补偿方法的有效性,手指指尖接触力的误差最大范围为±1N.为了验证柔性外骨骼手套的实际使用效果,在丧失手部运动功能的患者身上进行了柔性外骨骼手套的抓取实验.实验结果表明,柔性外骨骼手套可以辅助患者完成对日常生活用品的可靠抓取.

非负线性组合多指抓取动态力优化方法

为了提高多指抓取动态力优化方法的快速性,提出了一种非负线性组合求初值,结合半正定规划(SDP)算法进行动态力优化的方法。该方法根据抓取力集为凸锥的特性,首先将外力旋量分解为12个单位力向量的线性组合,然后离线计算各单位力向量对应的初始基可行解,通过线性组合得到抓取力优化问题的初值,在此基础上调用SDP算法进行动态抓取力优化。以有摩擦点接触三指抓取长方体的仿真为例,该初值算法仅需100步迭代即可收敛,耗时0.471 ms,且初值与最优值的偏差小,在线计算量小。该方法可以用于多指机械手的抓取控制与仿真,能够实现对连续变化外力旋量的抓取力优化。

灵巧手最小抓取作用力规划

为了在不增加能量与机械损耗下,提高灵巧手抓取物体的成功率,则必须对灵巧手在抓取物体上的作用点位置进行布局。因此,提出了一种基于最小抓取力的规划算法,以力封闭为约束条件,接触力法向合力为目标函数,采用差分进化算法计算,最后求得抓取最优点以及最小作用力,并利用最小奇异值指标来评价抓取性能。仿真结果验证了该算法应用于灵巧手的可行性,对于多指灵巧手的抓取具有参考意义。

三指力封闭抓取的内力存在性研究

针对指端与物体构成有摩擦固定点接触的情况,基于内力的特性分析,对三指力封闭抓取时的内力存在性进行研究,推导了摩擦扇存在条件和三指内力汇交条件。通过内力汇交多边形的构成特点分析,提出了根据摩擦扇边界线交点相互位置关系研究汇交多边形存在性的完整方法。在考虑内力平衡关系的基础上,给出了基于数学计算的内力存在性通用判别算法,并结合实例说明了方法的有效性。

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.

机械手夹持接触力及力封闭分析

为合理确定机械手稳定夹持时的夹紧力,采用弹性线接触理论计算在工件上施加预紧力后机械手V型体与工件之间的接触压力,并分析手指处于不同工况位置时接触压力的变化,在此基础上计算不同工况位置时指端两V型体的夹紧力。以力螺旋理论为基础,建立手指与工件的接触模型,应用力封闭原理分析稳定夹持时接触压力与工件外力之间的关系,提出手指夹持工件时的稳定性判定方法,并针对实例计算接触力及夹紧力。研究结果表明:该方法可以用于准确计算V型体的夹紧力,并进行力封闭性判别,能够为机械手结构设计及其控制系统设计提供可靠的参数值。

恒力剪式抓斗的研究

针对国内外剪式抓斗存在开始抓取力很小,挖掘物料先浅后深,打开宽度大,遇风易飘摆的问题,从改变工作原理入手,提出一种新结构的恒力剪式抓斗。即在中心铰轴设支架,上设滚轮,开闭绳入滑轮组后与其绕合,打开状态输入力臂增大几倍。经模型试验证明,工作原理发生变化,开始闭合和闭合终了抓取力约相等,挖掘物料先后约等深,打开宽度≤长撑杆抓斗相比规格的打开宽度,使现有剪式抓斗发展到一个新阶段。

机器人多指操作的递阶控制

为机器人多指协调操作建立一递阶控制系统．给定一操作任务，任务规划器首先生成一系列物体的运动速度；然后，协调运动规划器根据期望的物体运动速度生成期望的手指运动速度和期望的抓取姿态变化；同时，抓取力规划器为平衡作用在物体上的外力，根据当前的抓取姿态，生成各手指所需的抓取力；最后，系统将手指的期望运动速度与为实现期望抓取力而生成的顺应速度合并，并通过手指的逆雅可比转化为手指关节运动速度后，由手指的关节级运动控制器实现手指的运动和抓取力的控制．该控制方法已成功应用于香港科技大学（ＨＫＵＳＴ）灵巧手控制系统的开发．实验证明该方法不仅能完成物体轨迹的跟踪控制任务，而且能完成物体对环境的力控制和力与速度的混合控制．