基于抓持力补偿策略的变刚度软性手指结构优化与实验研究

针对以往研究主要关注对已有手指结构的参数进行优化,而缺乏根据所需抓持性能进行结构设计的问题,提出了一种基于抓持力补偿策略的变刚度软性手指结构的优化设计方法。首先,为了更加全面地评估软性手指的抓持性能,提出了三种评价指标;为使所提出的基本结构手指具有更早且线性变化的抓持力及更好的抓持稳定性,提出了一种利用变刚度机构特性补偿手指抓持力的设计策略,并基于该策略设计出了一种悬臂梁结构变刚度手指;然后,利用ANSYS有限元分析软件,使用多目标优化方法对悬臂梁结构变刚度手指进行了结构优化,分析了悬臂梁变刚度特性,并将优化后的手指与基本结构手指的抓持性能进行了对比;最后,利用测试平台进行了抓持性能试验,对仿真结果进行了验证。研究结果表明:与基本结构手指相比,基于抓持力补偿策略所得手指的抓持力响应点提前了33.3%,抓持后期的抓持力变化线性拟合相关系数R 2高达0.9997,抓持力方向角减小了约71.4%;抓持力实验结果与仿真结果相比,抓持力的误差最大值小于0.5 N,抓持力方向角误差最大值小于4°,说明基于抓持力的补偿策略能够指导软性手指的设计,并有效提高手指的抓持性能。

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 。

软手指抓持力的子空间分析法

针对采用软手指抓持的手——物体系统 ,通过抓持力和外力的平衡关系 ,建立起求解抓持力的关系式 .由于该问题是一个超静定力学问题 ,因此可利用子空间分析法把多维的问题转化为在几个子空间 (子流型 )的低维问题进行处理 .结合维持抓持的基本条件和手指关节力矩的限制条件 ,可很方便地确定可行的抓持力的范围 .最后 。

人手指腹与光滑物体间的静摩擦力与湿度和抓持力的关系

为了研究人手指抓持表面光滑物体时静摩擦力与湿度和抓持力的关系,在本研究中设计并制作了一种可在被抓持物体的重量连续变化的条件下测量指腹变形、抓持力及摩擦力的装置.在不同湿度和被抓持物体重量的条件下测量并分析了指腹变形及其与表面光滑物体之间的最大静摩擦系数,通过指腹变形量度量指腹与被抓持物体之间的黏着力,以此分析湿度对最大静摩擦系数的影响机理.结果表明:最大静摩擦系数依存于抓持力,随抓持力的增加先呈负幂函数变化,然后稳定为一定值;湿度会影响指腹与被抓持物体之间的黏着力,从而影响抓持的最大静摩擦力;潮湿时黏着力最大,抓取表面光滑物体最省力且不易打滑;湿度对最大静摩擦系数的影响是非线性的,最大静摩擦系数随湿度的增加而增加,到达峰值后逐渐减小.

双臂机器人抓持工件的力分解

针对双臂机器人抓持工件的协调运动 ,研究了抓持力的分解 ,基于最小范数和最小关节广义驱动力得到了力分解的两种方案 ,算例的仿真计算验证了方案的可行性。

基于力外环的软物体抓取预测控制

为使末端执行器和软物体间的抓持力快速低超调地跟踪设定力,提出基于力外环的抓取预测控制方案。该方案通过采集软物体受到的抓持力建立灰色预测模型,可预测超前一个、两个采样周期的抓持力,将实际力、预测力形成的综合力偏差作为变参数PI力补偿器的输入,力补偿器生成位置控制系统的校正指令。力控制器可利用过去、当前和将来的抓持力信息来计算合适的控制量来对抓持力偏差进行预补偿,使末端执行器和软物体之间的动态抓取具有适应性。水果抓取试验表明,抓取预测控制可获得响应快速、超调量小和调节时间短的控制性能,减小水果抓取损伤,适合软物体抓取。

多臂抓取工件的受力分析

基于机械臂与工件的硬点和软指两种接触方式 ,对工件的受力进行分析 ,建立臂与工件保持接触应满足的约束条件 ;通过臂动力学方程和关节广义驱动力约束 ,给出多臂协调抓持力不等式约束 ;并对抓持力的分配进行初步讨论 .