通用型欠驱动机械手设计及其控制研究

发布时间：2020-03-18 21:13

【摘要】：欠驱动机械手作为一种重要的末端执行器,一直是科研人员的重点研究对象。由于欠驱动机械手驱动单元少于自由度数导致其自适应能力较差、抓取力控制难,鉴于此,本文研制了一款自适应能力好、抓取力可控的通用型欠驱动机械手。该款机械手搭载在协作机器人的末端,不仅可以实现对不同形状物体的自适应抓取,还可以实现对不同硬度物体的无损抓取。同时该款机械手的研制对后续通用型欠驱动机械手的进一步开发具有一定的参考意义。本课题来源于企业项目“基于协作机器人物料抓取机械手研究”,本文研究的具体内容如下:(1)设计欠驱动机械手的结构,包括手指机构、位姿调整机构、传动机构和机架;运用D-H法和虚功原理分别对欠驱动机械手抓取时的运动学和静力学进行理论分析。(2)以抓取力均匀性为目标,运用遗传算法确定欠驱动手指最优化参数,并在此基础上进一步确定驱动电机的参数;运用蒙特卡洛法对欠驱动手指的工作空间进行仿真,确定手指的运动范围;通过仿真分析机械手抓取过程中运动和受力情况,同时验证机械手能否实现稳定抓取;通过仿真验证机械手关键零部件的强度和刚度是否满足设计要求。(3)设计以DSP为核心的控制系统,对微处理器、电源芯片、力传感器和步进电机驱动器进行选型;设计一些关键控制模块的硬件电路,包括电源模块、直流电机驱动模块、传感器模块和通讯模块;设计人机控制界面和控制系统软件。(4)研制欠驱动机械手样机,对力传感器进行标定,通过实验验证机械手抓取力的均匀性、自适应性以及不同抓取模式下抓取力的可控性。
【图文】：

后随着太空探索和无人作业的要求，各国开始认识到继研制了各种不同类型的欠驱动机械手。欠驱动机械，其灵活性和可靠性得到了很好的发展。我国对欠驱，目前和国外的差距较大。但是在国家大力发展人工动机械手的发展也步入了一个快速发展的时期。机械手国内外研究概况要是依靠绳索和弹簧机构来实现的。最早采用腱驱制的 Okada 手[12],该机械手能够完成简单的拧螺栓结构，抓取力不大。1986 年美国的麻省理工学院和了 Utah/MIT 机械手[13]。该机械手是早期最典型腱驱械手发展奠定了基础，其结构如图 1.1 所示。该款机作为驱动源，由绳和滑轮进行传动，同时其还采用大的操作度。通过加装各种力和位置传感器能够基本力的控制。

图 1.2 Yale Hand 机械手Fig 1.2 Yale Hand manipulator科研人员对于腱驱动机械手发展作出了重要的后研制成功了 UB-I、UB-Ⅱ和 UB-Ⅲ机械手[17]。UB刚性连杆作为骨架，弹性铰链连接的腱驱动。该系列器检测作用在抓取物体表面的力和力矩以及作用点员又相继研制了比如 DIST-hand、RTR Ⅱ、PISA/IIT械手[18-20]。这些机械手对于被抓握物体的形状有一对物体的稳定抓取。科研人员在这些机械手上安装械手的智能化水平达到了一个新的高度。图 1.3 所示ERI Hand[21]，该款机械手有三个手指，大拇指两个关可以相对于其他两个手指进行转动，手指中指尺寸采现稳定的抓握以及捏取。
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH122;TP241

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 张波;陈丹惠;陈俭;;双臂机器人多功能欠驱动手爪的研制[J];产业与科技论坛;2017年01期

2 袁晨旺;陈革;章文俊;;欠驱动弹复性机器人的设计分析[J];机械设计与研究;2017年03期

3 张习烨;唐新星;张楠;倪涛;;欠驱动五指灵巧手及控制系统设计[J];机床与液压;2014年15期

4 董云云;刘治品;张兰兰;于征华;;欠驱动机器人控制策略综述[J];传感器世界;2012年12期

5 李香山;任海川;;欠驱动机构的运动学分析及应用研究[J];机械研究与应用;2010年02期

6 陈炜;余跃庆;张绪平;;欠驱动机器人可控性研究方法综述[J];工业仪表与自动化装置;2006年03期

7 陈炜,余跃庆,张绪平;欠驱动机器人研究综述[J];机械设计与研究;2005年04期

8 姚渊;姚道金;肖晓晖;王杨;;面向非连续性地面的双足欠驱动步行稳定控制[J];机器人;2017年05期

9 张佳为;许诺;伍少雄;;欠驱动航天器飞轮控制方法[J];宇航学报;2016年05期

10 王晓飞;张葆华;褚德英;张靖伦;;基于解析模型预测控制的欠驱动船舶路径跟踪控制器设计[J];船海工程;2012年01期

相关会议论文 前10条

1 张智焕;沈萌红;;欠驱动两足机器人的运动规划综述[A];全国先进制造技术高层论坛暨第九届制造业自动化与信息化技术研讨会论文集[C];2010年

2 侯增广;潭民;韩京清;;欠驱动机构控制的一种非光滑设计方法[A];第十九届中国控制会议论文集（二）[C];2000年

3 刘展雷;马保离;;基于观测器的欠驱动船舶的输出反馈镇定[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年

4 闫玉龙;岳宝增;;欠驱动航天器的姿态稳定性控制[A];第十五届北方七省市区力学学术会议论文集[C];2014年

5 刘庆波;余跃庆;苏丽颖;;一种欠驱动机器人最优避障运动规划新方法[A];2007'仪表，自动化及先进集成技术大会论文集（二）[C];2007年

6 罗亦彪;赖旭芝;吴敏;;平面欠驱动机器人Acrobot的位置控制策略[A];中国自动化学会控制理论专业委员会A卷[C];2011年

7 于洋;景卜卜;杨广元;原晨康;侯效东;;欠驱动机械手爪设计与仿真分析[A];2019中国仿真技术应用大会暨创新设计北京峰会论文集[C];2019年

8 易中贵;戈新生;;欠驱动航天器的间接Legendre伪谱法姿态运动跟踪[A];第十届全国多体动力学与控制暨第五届全国航天动力学与控制学术会议论文摘要集[C];2017年

9 程金;易建强;王中华;董云云;;欠驱动船舶动态定位问题的一种非连续控制方法[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年

10 苏朋;戈新生;;欠驱动陀螺摆的摇起和平衡控制研究[A];2007年中国智能自动化会议论文集[C];2007年

相关重要报纸文章 前4条

1 记者 陈姝;穿上这副外骨骼 轻松负重20公斤[N];深圳商报;2017年

2 记者 刘辛味;张文增:人才魔术师的变“手”之路[N];北京科技报;2018年

3 记者 汪永安;169项成果获省科技奖[N];安徽日报;2015年

4 记者 汪永安;国内首台“老人服务机器人”问世[N];安徽日报;2012年

相关博士学位论文 前10条

1 孙志坚;欠驱动船舶轨迹跟踪与编队控制算法研究[D];上海交通大学;2018年

2 苏衍宇;欠驱动机械手及其抓取方法的研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

3 姜宇;欠驱动质量矩飞行器的控制设计方法研究[D];哈尔滨工业大学;2009年

4 于瑞亭;欠驱动水面船舶的全局镇定控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2012年

5 刘杨;欠驱动水面船舶的非线性自适应控制研究[D];大连海事大学;2010年

6 毕凤阳;欠驱动自主水下航行器的非线性鲁棒控制策略研究[D];哈尔滨工业大学;2010年

7 王岩;欠驱动船舶运动的非线性鲁棒控制研究[D];哈尔滨工程大学;2013年

8 刘成军;双足机器人欠驱动动态步行仿人运动控制研究[D];重庆大学;2011年

9 孟威;欠驱动水面船舶运动的非线性控制研究[D];大连海事大学;2012年

10 夏德银;一类欠驱动机械系统的起摆控制方法研究[D];东北大学;2014年

相关硕士学位论文 前10条

1 胡建章;水面无人艇集群及其控制方法研究[D];华中科技大学;2019年

2 栾铸;通用型欠驱动机械手设计及其控制研究[D];合肥工业大学;2019年

3 王遵富;基于手部抓取行为分析的柔性机械手指设计研究[D];华南理工大学;2019年

4 刘洋;基于绳—滑轮机构的欠驱动下肢外骨骼研究[D];哈尔滨工业大学;2018年

5 周亮;高效节能欠驱动双足仿生步行机研究[D];吉林大学;2018年

6 兰天一;一种欠驱动机器人手的设计、仿真及样机研制[D];中央民族大学;2018年

7 林群馥;欠驱动水面测量船全局航迹跟踪控制的研究与实现[D];南京航空航天大学;2018年

8 魏聪;海流扰动下欠驱动水下机器人三维轨迹跟踪研究[D];哈尔滨工程大学;2014年

9 陈永河;抓持—旋切式欠驱动双指手葡萄采摘装置的设计与试验[D];江苏大学;2017年

10 郝华;欠驱动水面船舶镇定控制的研究[D];大连海事大学;2016年

，

本文编号：2589196