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。

基于变胞理论的欠驱动多指节灵巧手指的构态分析

基于变胞机构理论,提出了一种新的分析欠驱动多指节灵巧手指的方法,定义了欠驱动二指节灵巧手指抓取过程的3个构态,并通过邻接矩阵建立了各构态之间转换的关系方程,从而从根本上解释了灵巧手指的欠驱动原理,为欠驱动灵巧手的机构设计及控制规划提供了理论指导。建立了欠驱动二指节灵巧手指的运动学方程,分构态分析了灵巧手指的运动学特性,结果表明欠驱动灵巧手指运动中构态间变换的平顺性非常重要,并相应提出了两种设计方案。提出的构态分析法在欠驱动三指节或多指节灵巧手指的分析中同样适用。

欠驱动灵巧手机构设计

设计了欠驱动灵巧手的机械结构。在分析人手的特点以及现有欠驱动灵巧手机构设计上存在的缺点,设计了灵巧手机构原理模型,并在此基础上设计了3关节、4自由度的欠驱动机械手结构,包含手指基座传动机构、掌骨关节指段、近掌骨关节指段、远掌骨关节指段,在3个电机驱动下,各关节指段通过腱绳实现运动与力的传递;对机构的运动学进行了分析,并绘出了指间的运动空间;利用ADAMS对动力传动机构、关节转矩进行了仿真,仿真结果表明,手指基座的传动精度较高,且关节在运动过程中力矩变化不大。

欠驱动五指灵巧手及控制系统设计

模拟人手的生理结构,创建一种新型欠驱动五指灵巧手系统。介绍了欠驱动灵巧手的结构,提出一种基于欠驱动关节机构顺序驱动的方法;从运动学的角度出发,使用Matlab Robotics Toolbox绘制了手指指尖运动的工作空间域,并与采用关节同时驱动的指尖运动的工作空间域进行了对比,结果表明关节结构顺序驱动方法具有更大的工作域空间;最后,介绍了控制系统方案与电路,初步实现了欠驱动五指灵巧手的弯曲/伸展与内收/外展运动,其控制效果良好。

高超声速飞机机载作动系统发展分析

吸气式高超声速飞机面临严酷的高动压、大热流飞行环境,要求机载系统既要兼具高功率、高效能与高耐热能力,又要满足严苛的体积、重量(质量)与能量约束,给飞控作动系统设计带来了极大的技术挑战。本文通过对高超声速飞机任务和平台动力特点的分析,系统地论述了其飞控作动系统面临的挑战,包括能源、结构和热管理等问题。基于已有高速飞机的公开资料,对作动技术发展现状进行了梳理,结合热管理与机载能源的发展趋势,展望了高超声速飞机作动系统的重点发展方向,并给出了具有可行性的发展路线。

仿人机械臂和灵巧机械手的结构设计研究与实践

指出了随着科技的发展,机器人的应用领域不断扩大,仿人机器人的研究和制作从未停止过,其中世界各国都将机械手臂和机械手作为重点研究突破的一个点。通过对机械原理和机械设计的深度研究,设计制作了一个实用的仿人机械手臂,整体设计运用了欠驱动的思想,非常符合节能环保的科学发展思想。该机械手臂主要由仿人机械臂和灵巧机械手两部分组成。灵巧机械手一共有16个自由度,拥有5个手指和一个手掌。每个手指都包含3个被驱动关节,每个手指包含3个自由度,大拇指与手掌之间添加一个自由度。仿人机械臂则拥有6个自由度,在仿人的关节处皆添加有自由度,以实现所需的基本动作。设计制作过程中大量运用了增材制造技术(3D打印)、计算机辅助设计(CAD)等先进技术。使用结果表明:该机械手臂能够实现2kg有效载荷的抓取和灵巧运动。

基于抓取模式识别的欠驱动灵巧手抓取方法

针对桌面上单个物体场景的抓取任务,提出一种基于抓取模式识别的欠驱动灵巧手自主抓取方法.受人类抓取策略启发,基于四种典型抓取模式建立物体的抓取模式数据集,并通过深度学习预测物体的抓取模式和抓取区域,利用图像处理获得抓取角度,从而简化欠驱动灵巧手的抓取规划.深度学习算法在测试集中的识别准确率达98.70%,对未知物体的识别准确率达82.70%,具有较好的泛化能力.当执行自主抓取时,深度学习方法的不准确性通过欠驱动手的自适应性得到了一定的补偿.通过UR3e机械臂搭载欠驱动灵巧手对24个物体进行抓取实验,在120次抓取中平均成功率为90.80%.实验结果表明所提方法能适应不同形状大小的物体,具备抓取实用性.