A 3D-printed Robot Hand with Three Linkage-driven Underactuated Fingers

In this study, we improved an underactuated finger mechanism by using Solidworks to simulate the grasp operation of a finger in some different situations. In addition, a robot palm is designed for the three-finger robot hand with the designed underactuated fingers. A Solidworks simulation was used to verify the rationality of the design. Some parts of the hand were modified to fit for 3D printing, and a prototype of the hand was produced by 3D printing, which could reduce the cost of the production process, as well as provide design flexibility and other advantages. Finally, some grasping experiments were made with the prototype. The results showed that the robot could grasp objects with different sizes, and further verified the rationality of the design and feasibility of fabricating the robot hand using 3D printing.

果蔬采摘机器人末端执行器研究综述

从果蔬采摘的特点出发,综述了国内外各种果蔬采摘机器人末端执行器的研究现状及特点,指出末端执行器的通用性与系统成本、使用成本之间的矛盾是制约采摘机器人发展与应用推广的关键难题。提出将欠驱动多指手作为果蔬采摘机器人的末端执行器,同时分析了欠驱动多指手国内外研究现状,并从欠驱动多指手的机构特点、抓取模式和综合成本等方面说明了这一思路的可行性。

多用途欠驱动手爪的自主抓取研究

对欠驱动手爪自主抓取进行了研究 ,将其分为自主决策和抓取控制两个过程 .首先分析了欠驱动手爪的特点、主要的抓取模式 ,并借鉴人的抓取经验 ,采用模糊输入方法 ,综合考虑抓取任务要求和物体本身的特征属性 ,利用模糊神经网络良好的分类特性选择合适的抓取模式 .在此基础上 ,完成手指姿势调整 ,采用基于传感器反馈的控制策略 ,在被抓物体上形成的合适的力分布以获得稳定抓取 ,并通过抓取实例验证了抓取决策和控制的正确性 ,提高了欠驱动手爪抓取的自动化水平 .

果蔬采摘欠驱动机械手爪设计及其力控制

为了实现果蔬的无损采摘,采用欠驱动原理设计出一种结构更简单、通用性更强的末端执行器。欠驱动机构是指驱动器数目少于机构本身自由度数目的机构,基于欠驱动原理设计的机械手结构简单可靠,抓取物体时具有形状自适应能力,手指可完全包络物体,可以通过最大接触力的闭环力反馈控制来实现无损采摘。基于这一设计思想设计出仅靠一个电动机驱动三个手指的机械手爪,通过理论分析、手爪机构设计与建模、结构参数优化,确定设计尺寸制出机械手爪,设计控制电路结合力反馈控制进行抓取试验。试验结果表明该手爪能实现期望的抓取与最大接触力控制功能,并具有控制简单可靠、抓取稳定、不损伤果实等特点。

基于虚拟弹簧的欠驱动手指的动力学建模和控制

采用虚拟弹簧对2关节欠驱动手指进行了动力学建模。并使用该方法建立实际的3关节欠驱动手指的动力学模型,通过动态控制实验验证了动力学模型的正确性。该方法不仅避免了求解微分几何方程,并且直接派生出可解耦的动力学模型。可直接进行逆动力学分析、仿真和实时控制。同时,建立了基于动力学模型的速度观测器,用于轨迹跟踪,弥补了欠驱动手没有速度传感器的缺点,补偿了欠驱动环节造成的不确定因素。与PID或计算力矩法相比较,其轨迹跟踪误差更小,动态控制效果更好。

基于欠驱动机构的仿人机器人手爪设计

通过研究人手的生理结构特点,模仿人手结构,设计出仿人机器人手爪。整个手爪设计有拇指、食指、中指和小指,每个手指有三个关节。采用欠驱动连杆机构设计出结构紧凑的三关节手指机构以实现包络抓取和精确捏取。设计出高度集成的大功率小体积的驱动和传动机构并通过一个电机调整拇指机构的位置,以形成多种抓取模式。最后介绍了该手爪的控制以及抓取实验。

一种欠驱动多指杆机器人手

提出的欠驱动多指杆机器人手能用直指戏曲指方式履行各种工业操作任务。本文描述了三指多指杆手的工作原理、手指位移与力分析，这种手抓取物体的适应性、稳定性、抓力都优于常规手爪，提出的手指结构能减少控制复杂性、重量和成本，并能实现多功能地抓职不同物体的能力。

欠驱动两指多指杆机器人手的操作过程与抓力分析

欠驱动两指多指杆机器人手仅用一台驱动电机就能以直指或曲指方式履行各种工业操作任务。文中描述了欠驱动两指多指杆手的操作过程与手指的抓力分析 ,并对手指抓力作了动态仿真。与现有的欠驱动机器人手相比 ,这种多指杆机器人手的结构更为简单紧凑 ,且能减少控制的复杂性、重量和成本 。

欠驱动两指多指杆机器人手及其运动学分析

在许多工业应用中 ,常要求机器人手结构简单、操作灵巧、控制容易 ,且具有较高的操作适应性。研制的欠驱动两指多指杆机器人手 ,仅用一台驱动电机就能以直指或曲指方式履行各种工业操作任务。在此描述了欠驱动两指多指杆手的结构、工作原理与手指运动学分析 ,与现有的欠驱动机器人手相比 ,这种多指杆机器人手的结构更为简单紧凑 ,且能减少控制的复杂性、重量和成本 ,并能实现多功能地抓取不同物体的能力。

果蔬采摘欠驱动灵巧机械手的设计

欠驱动机构是指驱动器数目少于机构本身自由度数目的机构。为了实现果蔬的无损采摘,通过理论分析、指端结构设计、传动机构设计和驱动机构设计与建模仿真,设计出一种灵活性高、结构简单的果蔬采摘欠驱动灵巧机械手。该机械手抓取物体时具有形状自适应能力,可完全包络物体实现无损采摘,且体积小、成本低,能够适应农业采摘自动化技术的推广。

多指欠驱动机械手接触力建模及抓取方式分析

欠驱动机械手具有操作简单,结构紧凑等特点被广泛应用在工业机器人以及航天机器人等领域。建立了欠驱动机械手抓取接触的静力学模型,得到抓取接触力与输入力矩的关系。针对欠驱动机械手包络分析了抓取位置偏差对手指各关节角度的变化影响。通过Matlab编程方式进行了包络抓取方式的数值仿真,验证了抓取模型的正确性。

绳驱动五指灵巧手的设计

通过研究人手的生理结构特点,模仿人手结构,应用欠驱动原理和适应性原理对五指灵巧手进行了初步设计。该灵巧手共有16个自由度,采用了绳驱动机构,具有结构简单、重量轻等优点。通过灵巧手模型的抓取实验,验证了其运动方式和抓取性能。

一种欠驱动电动型两指多指节机器人手

在许多工业应用中 ,常要求机器人手结构简单 ,操作灵巧 ,控制容易 ,且具有较高的操作适应性。开发的欠驱动两指多指节机器人手仅用一台驱动电机就能以直指或曲指方式履行各种工业操作任务。文中描述了欠驱动两指多指节手的结构、工作原理与手指位移分析 ,与现有的欠驱动机器人手相比 ,这种多指节机器人手的结构更为简单紧凑 ,且能减少控制的复杂性、重量和成本 。

基于PVDF的欠驱动多指手滑触觉硬件系统

为解决传统果蔬采摘欠驱动多指手抓取力控制精度不高的问题,提出了一种基于聚偏二氟乙烯(PVDF)压电薄膜技术的新型欠驱动多指手滑触觉系统,该系统由信号采集和信号处理两个模块组成;分别设计了滑触觉传感器,电荷放大、低通滤波、工频限波、电压放大等电路,并进行了捏取和抓取实验。实验结果表明,该系统能较好地控制多指手的抓取精度,实现无损伤抓取,且具有广阔的应用前景。

基于仿肌弹性欠驱动手的设计与分析

针对仿肌腱传动灵巧手存在的驱动单元多、机构体积过大、控制系统复杂等问题,提出一种新型的仿肌弹性欠驱动手。以人类手指解剖学特征为思路,进行了仿人手指设计,通过引入双肌腱和弹性元件来实现手指的欠驱动,并给出合理选择弹性参数的方法,保证了手指的可达空间和抓取可靠性。进行了手指运动学分析,建立了关节空间到肌腱空间的映射关系。为获得最优的手掌尺寸及抓取范围,提出一种手指位置参数优化方法,并给出了评价指标,通过对比验证了该方法的优势。最后,进行了不同形状、尺寸物体的抓取实验,结果表明该欠驱动手具有较强的自适应抓取能力、广泛的物体抓取范围。

欠驱动多指节机器人手的抓力分析

对欠驱动多指节机器人手的抓力进行了分析 ,给出了直指和曲指抓取物体时的抓力方程 ,并对手指抓力作了动态仿真。手指抓力分析为多指节手的机构与力控制设计提供了理论基础。

单链传动双齿条平夹间接自适应机器人手研制

传统平夹自适应手指采用并联的两套传动机构,存在机构复杂的缺点。提出了一种具有单链式平夹间接自适应复合抓取模式的机械手(PISA手)。PISA手指包括3个齿轮、2个齿条、滑块、拨块、限位块和单个弹簧等,由单个电机驱动双关节手指转动。PISA手能用远指段平行夹持物体,用有滑块的近指段和远指段自适应包络物体。介绍了PISA手的组成和运动过程,进行抓取范围和抓取力大小的理论分析,研制带有3个PISA手指的PISA机器人手。通过仿真和抓取实验结果表明,PISA手能根据物体不同的形状在不同的位置,自主切换平夹或是间接自适应的抓取模式,实现稳定抓取。PISA手指具有传动效率高,手指结构紧凑特点。

弹性霍肯连杆直线平夹自适应机器人手研制

平行夹持是机器人手重要的抓取模式,但由于其末端指段沿圆弧轨迹运动,因此,机器人手在桌面上夹持物体时需要机械臂配合升降,从而增加了其对不同尺寸物体的抓取难度。针对此问题,介绍了一种末端指段呈直线轨迹平动的直线平行夹持模式;基于该模式,提出了一种基于霍肯连杆机构实现的直线平夹自适应手指(SHKL手指)。SHKL手指利用霍肯连杆机构实现末端关节直线运动,利用同向等速的双平行四连杆机构实现末端指段相对手掌姿态固定,利用弹性关节、弹簧和限位等实现自适应抓取。理论分析与实验结果表明,SHKL手指具有直线平夹与自适应抓取功能,抓取稳定,控制容易。

差动瓦特连杆直线平夹自适应抓持器

现有的平夹自适应抓持器不能实现末端直线轨迹运动,导致其存在抓取盲区。针对此问题,本文提出一种新型平夹自适应手指——Watt手指。该手指采用瓦特连杆机构实现末端指段的直线轨迹运动,结合平行四连杆机构保持末端指段在初始阶段的固定姿态,并利用三角形差动连杆机构实现自适应抓取。Watt手指在初始阶段具有直线平行夹持功能,适合捏持桌面上不同尺寸的物体;当第1或第2指段接触物体被阻挡时,该装置自动进入自适应抓取模式,可以适应不同形状、尺寸的物体。对该Watt手指进行了运动学分析,获得了该手指的稳定抓取空间和相对优化的参数集合。研制了二指Watt手,理论分析与实验结果表明,Watt手可实现良好的直线平夹与自适应抓取效果,直线轨迹使得该手具有更大的抓取空间,适应范围更广。

基于平面约束的欠驱动爬壁机器人手眼标定方法

欠驱动机器人因难以像全主动关节机器人一样形成多种空间位姿,故无法直接使用经典的手眼标定方法.为解决这一问题,本文建立了其数学模型,并提出了一种基于平面约束的手眼标定方法.在该方法中,末端执行器的运动被约束于3维空间内的已知平面上,手眼标定的姿态矩阵和平移向量分别通过纯平移与纯旋转运动模式,结合对应的标定图像进行解耦求解.蒙特卡洛仿真实验结果表明,该标定算法有效、准确,且对噪声具有较好的鲁棒性.在所开发的欠驱动爬壁机器人上进行的实际试验中,定位误差被控制在1.5 mm以内.结果表明该标定方法简便易行,精度满足要求.