欠驱动灵巧手的优化设计及仿真分析

传统欠驱动机械手的运动空间相对固定、操作功能单一,对抓取物没有较强的自适应性,为此设计一种新的连杆式欠驱动灵巧手机构,并进行设计优化和仿真抓取实验。阐述了该灵巧手的整体机构设计及工作原理,其可实现包络和指尖两种抓取模式。根据手指的几何尺寸采用协同耦合方式设计手掌尺寸,利用可变手掌协同手指抓取,提高了灵巧手在抓取形状复杂和不同尺寸物体时的自适应性。基于虚功原理建立灵巧手单指各关节的接触力模型,针对抓取过程中存在的抓取力不足及抓取不稳等问题,使用NSGA-II优化算法对单指机构的杆长进行尺度综合。利用建立的虚拟样机进行仿真抓取实验,结果表明,该灵巧手具有较强的自适应性,能够稳定抓取多种形状和尺寸的物体。

基于PSO算法优化模糊PID控制器的灵巧手抓取控制研究

随着仿生学的进展,机器人领域中五指灵巧手作为主要执行机构的重要性不断增强。然而,在抓取过程中,五指灵巧手常常面临内部作用复杂、速度缓慢和效率低等问题。为了应对这些挑战,该文提出了一种基于角度闭环模糊自适应控制算法。该算法采用模糊策略来推断灵巧手关节角度偏差与控制器参数之间的关系,并制定相应的模糊规则。通过实时调整控制器参数,该算法能够提高系统的稳定性和抓取效率。此外,通过建立ADAMS模型和相应的闭环控制系统,以提高实验过程的可视化程度。实验结果表明,通过采用粒子群算法(Particle Swarm Optimization Algorithm)优化模糊自适应PID算法并改进系统参数,相较于传统的PID算法,可以显著减少灵巧手在抓取过程中的关节抖动,并展现出更好的手指指尖接触力控制性能。

可侧摆腱驱五指灵巧手的设计与仿真

为了实现五指灵巧手对多种物体稳定抓取的目的,针对灵巧手结构复杂、成本高等问题,提出了一种基于蜗轮蜗杆驱动的手指侧摆方案,设计了一种以腱绳作为传动方案的仿人型五指灵巧手,具有驱动简单、质量轻、成本低等优点;利用D-H法建立了灵巧手指的运动学模型;且利用MATLAB的机器人工具箱,分析了手指的工作空间;利用ADAMS软件创建五指灵巧手的虚拟模型,分析了此单腱欠驱动灵巧手设计的有效性和抓取可行性。

让教育在真实、灵活的情境中发生——“灵巧劳动”课程的校本探索

劳动教育在学校教育中发挥着基础性、关键性作用。学校充分发挥劳动教育的育人价值,精心研磨富有特色的“灵巧劳动”课程,结合“日常生活劳动、生产劳动、服务性劳动”三大板块优化劳动实践,将劳动教育的理念和实践形式与其他“四育”有效融合,并形成“3+4+N”评价体系,多方面提升学生劳动素养。

基于ADAMS的机器人灵巧手建模与仿真

为由于传统的末端夹持工具无法满足复杂应用场景,通过SolidWorks软件设计了一款仿人手的机械夹持末端,将机械手的三维模型导入到ADAMS软件中进行基础的仿真测试,通过简单的捏取动作捕捉其基本特性。仿真测试结果表明,在实验条件下机械手能够正常完成预定动作,为仿人手的五指灵巧手应用于实际生活提供参考。

基于腱绳驱动的仿人灵巧手

针对仿人灵巧手依赖复杂驱动传动机械结构和控制方法,以及缺乏灵活性、适应性的问题,结合对人手结构与功能的分析,设计了一种仿人灵巧手。从灵巧手的传动和结构两个方面出发,利用柔性腱绳在扭绞过程中的缩短效应作为灵巧手的驱动方案,并研究灵巧手在腱绳传动下的结构设计,通过耦合机构设计实现手指的灵巧抓持。对手指的运动学、静力学进行推导,完成手指工作空间计算。最后进行了不同尺寸物体的抓持试验。结果表明,所设计的仿人灵巧手可在设计范围内对典型形状物体完成稳定、可靠的抓持,并为后续灵巧手抓取控制打下基础。

基于轨迹条件灵巧度的机械臂规格优化设计

文章基于轨迹条件灵巧度,对机械臂的规格进行了优化设计.通过遗传算法进行迭代优化,得到了最优的机械臂规格,使得机械臂在执行轨迹时具有更高的灵巧度和全域灵巧度.实验结果表明,经过优化的机械臂能够更加稳定和精确地执行轨迹任务,提高了工作效率和质量.

之江同心·科学家+企业家圆桌会议暨灵巧手标准筹备会顺利召开

为深入追踪灵巧手产业发展趋势,以标准推动企业形成发展合力,支撑产业高质量发展,全国信标委人工智能分委会人形机器人(具身智能)工作组联合组长单位上海人工智能研究院联合浙江省新昌县政府,于2024年5月30日举行“之江同心·科学家+企业家圆桌会议暨灵巧手标准筹备会”。来自高校及灵巧手企业的30余位专家参会。

柔性灵巧手的控制系统设计与仿真

针对软体机器人容易侧弯、刚度低、安全性差等问题,以三自由度软体驱动器为基础设计了一种具有上下弯曲和左右侧摆功能的柔性灵巧手,在此基础上建立了柔性灵巧手位姿方程,接着在分析了手指抓持策略后,提出并建立了一种灵巧手指力/位置控制系统,然后利用Simulink对控制系统进行仿真,最后完成实验验证。结果表明:灵巧手指力/位置控制系统满足实际力学特性要求,并且控制器参数中比例调节系数为7.5,积分调节系数为10000,微分调节系数为0时,系统具备最佳的控制性能。

一种具有良好灵巧性和触觉估计的三指机械手

针对传统三指机械手存在灵巧性较低、抓取姿态偏少且绝大多数难以获得较完整触觉估计的弊端,设计了一种基于滑块-摇杆机构的三指机械手。滑块-摇杆机构用于实现中节指骨和远节指骨的耦合运动,具有指尖力随手指弯曲程度增加而增大的特点,有利于三指机械手的稳定抓取;提出与传统偏航-俯仰型不同的翻滚-俯仰型掌指关节结构,用于手指的屈伸与转动,可丰富三指机械手的抓取姿态,提高其灵巧性;三指机械手整体结构设计便于触觉传感器及角度传感器的安装及走线,通过建立运动学模型,可获得所有触觉力的详细空间分布(位姿)信息,实现三指机械手的良好触觉估计。抓取姿态及抓取力实验证明,三指机械手具备良好的抓取性能及较高的实用价值;触觉估计实验证明,三指机械手可为未来机械手的精确控制提供充分的触觉信息。

仿人灵巧手的稳定抓取方法研究综述

作为引领新一轮科技革命和产业变革的重要抓手,人形机器人通过集成具有类人抓取能力的仿人灵巧手,有望在工业生产、家庭服务、反恐排爆等不同应用场景中辅助或代替人类进行精细、复杂的作业。针对不同应用场景下的仿人灵巧手稳定抓取方法研究展开综述,梳理不同结构仿人灵巧手稳定抓取构型的实现形式,总结仿人灵巧手基于外部传感/本体传感的接触状态分析与估计方法,归纳仿人灵巧手在与物体发生全局相对运动/局部相对运动下的抓取状态检测与识别方法,给出常用的仿人灵巧手稳定抓取控制策略。分析仿人灵巧手在接触、抓取过程中上述方法的应用优势及不足,讨论软体材料、动态场景等因素影响下仿人灵巧手稳定抓取方法研究面临的挑战,并展望了其研究趋势及在人形机器人上的应用。

基于轨迹灵巧度的机械臂尺寸优化

提出一种基于轨迹灵巧度指标的机械臂尺寸优化方法,能够提高机械臂在指定轨迹上的运动灵活性。在运动学分析、雅可比矩阵求解和笛卡尔空间轨迹规划的基础上,以轨迹条件数与轨迹条件数波动系数加权值为灵巧度指标,采用遗传算法对机械臂尺寸进行了优化。优化结果显示:优化后机械臂轨迹灵巧度提高了17.5%,同时机械臂全域灵巧度提高了11.0%。

一种改进抽样函数自适应滤波的抗灵巧噪声干扰方法

在灵巧噪声干扰环境中,线性调频脉冲压缩体制的机载雷达对目标回波形成极好的压制性和欺骗性干扰效果,导致常规的抗干扰措施无法在时域及频域分离干扰和目标回波。针对此问题,提出了一种改进抽样函数自适应滤波的干扰抑制方法。该方法首先通过差拍处理,将信号中的二次调制项消除,使信号和干扰在频域实现解耦分离。然后采用一种改进抽样函数的变步长滤波算法,滤除解耦后的回波信号分量,最后对消解耦前后的干扰分量,通过逆差拍处理恢复目标回波信号。所提出的差拍处理方法可在频域上有效分离目标回波和灵巧噪声干扰,并通过改进的抽样函数调节步长,使解耦前后的干扰实现有效的对消。仿真结果表明,采用该方法可有效地对回波信号分量滤波,干扰分量对消效果明显,并能在信干比较低的环境下仍具有良好的鲁棒性。

一种仿人形五指灵巧手的运动学封闭解与仿真研究

针对一种复杂结构的仿人灵巧手,利用几何分析方法建立了灵巧手的运动学解析模型,并借助数值仿真软件对建立的模型进行了分析与验证。该灵巧手具有五个独立活动的手指,每根手指的指关节通过连杆机构耦合,由直线伺服电机驱动完成手指的运动。论文通过分析手指驱动机构的几何关系对指间关节解耦,求解灵巧手的正逆运动学封闭解;基于Adams仿真软件,建立灵巧手的运动学仿真模型,仿真结果表明,求解的灵巧手运动学解析模型正确、有效,并在此基础上分析了五指灵巧手的工作空间。

基于孔-腱近似模型的拟人灵巧手自适应运动控制

腱绳驱动的拟人灵巧手执行操作任务和控制都是直接由腱的长度来决定,针对驱动腱长度变化和张力之间的控制提出了一种基于孔-腱近似模型(hole-tendon-approximation-model,HTAM)的拟人灵巧手模型参考自适应控制器。针对深度拟人化具有滚转关节的腱驱动拟人灵巧手通过HTAM模型建立精确的手指运动学模型,并由驱动腱的长度和速度计算出张力和驱动状态,采用HTAM模型参考控制器进行控制,解决手指模型自由度冗余、运动学模型不准确和腱张力不同导致的控制精度不高,响应迟滞问题,并设计了多种抓取手势来验证拟提的运动学建模方法和控制算法,对于单指的控制在受到冲击后位置误差仍保持在0.198 mm以内,由抓取实验证明了所提控制器的实时性能和位置跟踪的准确性。

智能灵巧作业机器人系统设计与标定

面向企业和生产车间的机器人辅助生产需求,设计了一种智能灵巧作业机器人系统。首先,设计机器人的机械结构,以及ROS分布式控制系统;然后,对全向移动机器人进行离线的里程计误差标定,并通过视觉测量实现机械臂的标定;最后,进行了误差标定、机械臂轨迹规划以及工作场景模拟实验,检验了智能灵巧作业机器人的性能。

并联机床的灵巧度评价指标及其应用

研究了并联机床的灵巧度评价指标及其在实际加工中的应用。介绍了一种新型的五自由度并联机床,该机床机构具有五个驱动分支和一个约束分支,可以实现三维移动和二维转动。建立了该机床机构的雅可比矩阵,得到了三个影响机床机构灵巧度的指标,即条件数、最小奇异值、可操作性;并通过对这三个并联机床灵巧度评价指标进行分析,定义了两个灵巧度的综合评价指标-综合灵巧度系数和综合灵巧度,分别作为评价不同位形下灵巧度和整个刀位文件灵巧度的指标。最后,介绍了在实际加工中对不同加工轨迹的灵巧度进行综合评价的方法。实验结果表明:机床实际加工100平面圆,对各向同性有较高要求时的最优加工轨迹为z=650 mm,保证了机床加工过程中应具有良好运动和动力学性能的要求。

移动机器人灵巧手的优化设计

针对移动机器人灵巧手的最佳灵巧性设计问题,提出了一种最优化结构参数的设计方法。将人类手指仿生学原理引入优化算法中,从单个手指的灵巧性分析出发,采用灵巧度指标最优的设计准则,确定了空间单指的最佳灵活性区域、各杆长度间的关系以及各关节的旋转范围,并采用MATLAB对上述结构参数进行优化计算与仿真,获得了满足抓取任务的尺寸参数,在此基础上对手指间相对位置采取了定量化的计算方法,仿真结果满足了灵巧性的设计要求。

光纤“灵巧蒙皮”与“灵巧结构”

本文介绍了光纤“灵巧蒙皮”与“灵巧结构”的概念。

ADXL250的原理及其在硬目标灵巧引信中的应用

ADXL250是AD公司推出的第三代加速度计芯片。它具有噪声低,功耗低,体积小巧,灵敏度高,耐冲击等特点。文中介绍了ADXL250在硬目标灵巧引信中的作用及工作原理,并给出了其在硬目标灵巧引信(HTSF)中的应用设计。