具有形状自适应的欠驱动拟人机器人手指

为了实现使用较少驱动器获得较多的自由度,从而在不增加控制难度的前提下,更好地抓取物体以及增加手的拟人化,需要研究欠驱动机械手指装置。提出了一种新的设计思想,以此为指导设计了一种机械手指装置,并对其主要设计参数进行了详细分析。试验证明,该装置可以作为机器人拟人手的一个手指或手指的一部分,用以实现机器人拟人手较少驱动器驱动较多的手指关节自由度,并具有抓取不同形状、尺寸的物体的自适应性,降低了装置对控制系统的要求。该装置外形与人手的手指相似,结构简单、可靠、易加工、体积小和重量轻。

新型机器人手指六维力传感器系统设计

针对六维力传感器刚度低、尺寸大等问题,设计了一种可应用于机器人手指的、新型Stewart并联结构的六维力传感器。对该六维力传感器的结构、测量电路等进行了设计,并对传感器标定数据进行了分析,结果表明该传感器系统设计理论正确,且具有一定应用价值。

外骨骼机器人手指的鲁棒跟踪控制

基于外骨骼机器人手指系统的动力学模型,提出了机器人鲁棒μ控制器的设计方法.分析了系统模型的不确定性,将负载动力学作为系统的反馈不确定,建立了合理的被控对象标称模型.基于高速DSP实现鲁棒控制器的数字化,在μ控制器的设计和数字实现过程中考虑了机器人系统的计算延时.通过实验评估采样延时对机器人控制器鲁棒性能的影响.实验结果表明,μ控制器能够抑制干扰和模型不确定性对机器人系统的影响,具有很好的鲁棒稳定性和鲁棒性能.

一种微型机器人手指关节角位移测量装置设计

针对手控器中手指关节空间狭小的特点 ,设计了一种基于Honeywell公司的磁阻芯片HMC15 12的微型机器人角位移测量装置。介绍了这种装置的原理和特性、测试电路及温度补偿方法、使用方法。标定实验结果表明 ,这种装置可在 0°～ 180°量程内获得 3mV/′的分辨力及 0 .1°的精度 ,并具有足够的抗干扰特性。

一种用于康复机器人手指的软体致动器设计

针对手部运动功能障碍的患者康复问题,设计一种用于可穿戴式康复机器人手指的软体致动器。该软体致动器由具集成通道的弹性材料制成,内部为密集分布的三角形非充气腔室和菱形充气腔室,两种不同功能的腔室间隔分布,且充气腔室之间有通道连接。对于该软体致动器设计,首先在ABAQUS中进行变形仿真分析,验证其可行性;然后,采用3D打印技术等制作软体致动器实物并在搭建的实验平台上进行实验。结果表明,设计的软体致动器整体结构合理,可较好地实现手指0～90°弯曲运动,弯曲角度通过气压进行调节,能够满足手指关节运动及韧带拉伸的康复训练需求。

从编程角度提高机器人手指弯曲角度控制可靠性

随着我国的科技水平提高,现阶段机器人已代替人从事一些危险性高、强度过大的工作,因此,有必要保证参加一线生产工作机器人的使用可靠性。笔者从基础编程的角度对控制机器人工作的源代码进行了分析,通过建立自由度串联模型对机器人手指弯曲角度的控制可靠性进行了检测,并通过实验证明了与经典控制性模型相比,该模型具有更高的实用价值。

一种双向平夹感知自适应机器人手指设计

为更好地应对工作环境的复杂性,设计了一种双向平夹感知自适应机器人手指装置,称为PPC手指。提出双向平夹感知自适应功能,对手指机构原理和组成、抓取动作过程和抓取力进行分析,进行了样机的虚拟设计和抓取模式分析。该PPC手指综合了传统灵巧手和欠驱动手的优点,独创性地实现了双方向平行夹持和感知自适应的抓取效果。

欠驱动机器人手指实验平台的设计

基于三关节绳索驱动的欠驱动机器人手指,设计了手指实验平台。该实验平台由平台机构、平台控制系统和VICON红外光点三维运动分析系统组成。平台机构采用海顿直线步进电机驱动导轨滑块,从而牵引绳索控制手指弯曲和伸展;平台控制系统采用DSPF2812作为主控制器,通过驱动器控制直线步进电机的转动;VICON红外光点三维运动分析系统采用6台VICON红外摄影机对标记点进行运动捕捉,其数据通过VICON资料处理器导出至PC端进行处理。实验平台可以对三关节欠驱动机器人手指进行抓取性能和运动轨迹的分析。

Polytec在机器人手指上配备扫描式测振仪

Polytec Japan与KUKA Robotics Japan两家公司在“人与车科技展2008”（2008年5月21～23日）的联合展位上，展出了配备在德国库卡机器人公司（KUKA Roboter）的机器人上的德国Polytec的传感器系统“RoboVib”。

机器人手指

日本东芝公司研翩出适合机器人使用的灵活手指，它是采用韧性硅酮聚合材料制作的一端闭合的小管子，管内有3个小腔，借用不同压力可向其中注入空气或液体，控制输入的数量和力度，即可驱动手指任意弯曲，完成种种细微和平稳的动作。安装这种手指的机器人，可以拿起和放置禽蛋、试管、药瓶等易碎物品，甚至还可以进行某些外科手术。

SMA驱动手指康复机器人模糊自适应控制方法研究

针对形状记忆合金(shape memory alloy,SMA)丝驱动手指康复机器人弯曲角度难以精确控制的情况,提出一种模糊自适应PID控制算法,该方法基于手指康复机器人的运动学模型和合金丝驱动模型,利用电阻映射的弯曲角度反馈,采用模糊自适应参数实现位置控制。搭建手指康复机器人实验测试平台,分别采用传统PID和模糊自适应PID控制方法对食指进行位置控制实验,并分析稳定后食指各关节位置的控制效果。研究结果表明与传统PID控制算法相比,模糊自适应控制算法相比于PID控制达到角度稳态时间提高2~3 s,调节时间更短,位置误差2°,在外界扰动条件下能在3 s内完成自适应调节,具有较强的鲁棒性,能够更好地补偿SMA相变过程中的迟滞问题,证明了方法的有效性。

末端牵引式手指康复机器人设计及其柔顺性控制方法

针对现有康复设备存在柔顺性不足、难以适应手部狭小活动空间等问题,设计了一种可实现手指屈伸、收展的末端牵引式手指康复机器人,并对其人机模型进行运动学、动力学分析。提出了一种基于手指训练位姿的阻抗控制模型,实现了面向手部关节的机器人变刚度设计。为了对机器人的性能进行验证,搭建了相关实验平台。实验结果表明,变刚度设计能实现不同训练位置处对应刚度的设定,基于训练中的手指位姿信息的阻抗控制器能够实现手指康复训练时的柔顺性控制。

欠驱动式外骨骼手指康复机器人的设计和仿真

本文提出一种新的基于脑电信号控制的外骨骼手指康复机器人系统,该系统主要由外骨骼手指康复机器人、脑电信号系统(EEG)、肌电信号系统(EMG)、人机交互系统、电机控制单元、相关传感器和工作站组成.患者通过外界的视觉刺激产生脑电信号,工作站经过对这些信号采集和处理后传递给电机控制单元控制,并驱动电机实现穿戴在患者手上的外骨骼手指机器人运动,辅助其完成康复训练.该机器人主要采用欠驱动的方式,由安装在手背处的电机带动同步齿形带传动机构实现机器的三个关节的弯曲和伸展运动.文章主要利用UG软件对手指机器人进行设计和ADAMS软件进行运动仿真.根据机器人运动轨迹和机器人末端的运动参数曲线可以看出该手指机器人具有运动平稳,不存在运动死点等特点,且机器人能满足人体手指的运动要求,符合人体工学的设计特点,仿真实验证明能够辅助患者进行重复性康复训练.

手指康复机器人串联弹性驱动器的设计与仿真

为了实现手指康复机器人的串联弹性驱动器的可靠输出,建立了该串联弹性驱动器的动力学模型,得到了开环传递函数和闭环传递函数,通过Nyquist(奈氏)和Bode(伯德)图对系统的稳定性进行了分析。最终使用Simulink软件对动力学模型进行了仿真,得到了该系统在不同的弹性系数下的阶跃与正弦的跟踪响应。仿真结果表明,该驱动器模型在特定的弹性系数范围内输出很稳定。

渐进式手指康复机器人结构设计及控制系统设计

针对现有手指康复机器人穿戴不便、价格昂贵、不易居家使用等问题,文中提出了一种居家渐进式手指康复机器人,通过对人体手部生理特性分析,确定了握拳、伸掌等人手日常动作过程中手指的运动规律。该装置通过模拟康复医师渐进屈伸患者手掌的过程,实现手指的屈曲与伸展的渐进训练,同时还具有单指与多指的组合训练功能。通过SolidWorks软件对该装置进行了建模和结构设计,并对其进行运动学分析,通过Qt软件为开发环境编写的上位机软件,结合Stm32单片机建立了该装置的控制系统。最后,通过物理样机验证了该机器人在患者被动康复训练过程中运动中的平稳性。

手指康复机器人的设计与研究

手指康复机器人是一种特殊的新型机器人,为临床手功能障碍患者提供新的治疗方案,可以有效帮助患者顺利完成康复训练活动。旨在设计一款手指康复机器人,用机器人来代替康复理疗师的工作。通过分析人手的生理学结构与生物机能,得到了人手的运动状态。对手指空间机构分析,选择单自由度手指机械结构。为解决手关节康复角度与垂直力的问题,引入滑块与导轨机构,运用Creo三维软件完成手指康复机器人模型。通过D-H方法,分析手指康复机器人的正逆运动学,建立雅克比矩阵,完成动力学方程。选择适当的电机类型与传动方式,模块化设计出手指康复机器人。为了提高康复过程中感知能力,设计并研究力与位置传感器应用范围。实验结果表明,该手指康复机器人可以完成患者的康复训练活动,有利于未来医疗行业的发展。

仿肌腱式线驱柔性手指康复机器人设计与制备

当今社会人口老龄化严重,由疾病、意外伤害等因素引发的手部复健需求日益增加,为此提出一种运用CMF要素的仿肌腱式线驱动手指康复机器人结构。通过对人类肌肉骨骼系统的仿生分析,设计了基于线驱动的柔性手指康复机器人结构模型,采用3D打印模具及硅胶浇筑方式制备了柔性手指康复机器人本体,其具有优异的抗撕裂性、高抗拉强度等优势,且成本低,便于清洗,穿戴舒适度好。