基于多技能可变刚度软体手的视觉抓取操作研究
发布时间：2022-02-08 13:50
软体机器人易于制备、成本低、控制简单、柔顺性好,是机器人技术的前沿热点。软体手是软体机器人的重要方向,天然的被动柔顺特性使得采用简单的驱动算法即可实现稳定的抓取操作。结合可变刚结构,软体手具备刚度可控的特性,并且,柔顺性好、抓取力大,用于操作任务时,优势明显。因此,本文围绕可变刚度软体手的混合驱动结构设计、控制系统设计、抓取定位算法和智能视觉抓取等方面展开研究。具体内容如下:（1）结合层阻塞变刚度结构与腱绳驱动方法,设计具备可变刚度能力的软体手指。通过4根软体手指和支撑底座组成可变刚度软体手,腱绳带动手指弯曲形变,真空操作实现手指提升,通过腱绳与变刚度的混合驱动,实现可变刚度软体手多技能操作。（2）设计实现可变刚度软体手的软硬件控制系统。通过在嵌入式控制系统的硬件平台上实现控制策略算法,产生多个执行元件的同步控制时序信号,实现可变刚度软体手包络抓取、夹取、勾取和吸取的操作技能。（3）通过基于抓取数据样本的迁移学习,实现基于残差网络的深度学习算法的训练。算法用于处理深度相机的RGB-D深度图像,生成当前平台下对应的抓取成功概率分布二维矩阵,获得抓取成功率最高的抓取位点,为机械臂的抓取规划...
【文章来源】：深圳大学广东省
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
浇筑成型模具，a)Bilodeau等[10]设计的3D打印模具，b)HaoY等[11]设计的3D打印模具
基于多技能可变刚度软体手的视觉抓取操作研究21.3可变刚度软体手的研究现状可变刚度软体手由柔性材料和可变刚度结构制成，在抓取操作上体现出刚性手所不具备的优越性能。柔性材料使得可变刚度软体手在操作时具有包容性[8]，这种包容性使得可变刚度软体手在面对外界的各种冲击、碰撞等情况时，能够将损坏等风险降到最小，为机器人系统调试时发生的误操作提供缓冲空间。柔性材料的存在却使得软体手无法输出足够的承载力，变刚度结构则有利于克服传统软体手刚度不足，抓力偏小的缺点。1.3.1软体手制备可变刚度软体手常见的制备方法有两种：浇筑成型和3D打印成型。浇筑成型是可变刚度软体手最为常见的制备方式[9]。浇筑成型的方式需要设计模具，如图1-1所示，模具内部常常留有孔道和悬空结构，用于形成软体驱动器的气路和“关节”等结构。图1-1浇筑成型模具，a)Bilodeau等[10]设计的3D打印模具，b)HaoY等[11]设计的3D打印模具图1-2软体手制备方法示意图，a)是浇筑成型制备[6]，b)3D打印制备[15]一般的制备流程如图1-2（a）：以液态硅胶为例，液态硅胶的A、B组分液充分搅拌均匀后倒入模具的内腔，盖上模具上盖，滤除气泡后在恒温烤箱中加热一定时长后固化，最后脱模成型。这种制备方法简单方便，但不利于多种材料分层浇筑。采用3D打印制备的可变刚度软体手主要是通过数字建模的方式构建三维结构，利用光固化或者熔融沉
㈦焐???偷缁钚?聚合物驱动三种。1)流体驱动流体驱动是最为常见的一种软体手驱动方式。这种驱动方式是往软体手指内腔通道注入流体，通过控制内部流体流量和压强等方式使结构变形[17]。流体驱动的方式包括纤维增强驱动器和气动人工肌肉。纤维增强驱动器是一种较早出现的流体执行机构，是一种柔性执行器，由可变形的弹性体组成，外部添加轴向束缚[18-20]。气动人工肌肉是一种高度可变形、适应能力较强的柔性结构。通过压缩流体增大压强使得软体手指弹性体发生形变[21]。气动软体手指结构类型和纤维增强型结构分别如图1-4（a）和1-4（b）。流体驱动分气压驱动和液压驱动两种。由与空气重量轻，资源多，且易于得到，气动系统通常比液压系统更受关注。图1-4流体驱动软体驱动器，a)气动人工肌肉[17]和b)纤维增强驱动器[18]流体驱动的结构通常设计成几何不对称，或者保持结构的各向异性，使腔体的全向形变转化为软体手指的弯曲形变。文献[22]使用纤维增强结构设计出一款仿人软体手，
【参考文献】：
期刊论文
[1]嵌入形状记忆聚合物的柔性致动器仿真及性能测试[J]. 张姗姗,党开放,焦志伟,刘由之,迟文凯. 塑料科技. 2019(08)
[2]绳驱动式欠驱动机械手稳定抓取构型分析（英文）[J]. 吕辛,乔尚岭,黄勇,刘荣强. Journal of Southeast University（English Edition）. 2018(03)
[3]软体机器人:结构、驱动、传感与控制[J]. 王田苗,郝雨飞,杨兴帮,文力. 机械工程学报. 2017(13)
[4]基于纤维增强型驱动器的气动软体抓手设计[J]. 魏树军,王天宇,谷国迎. 机械工程学报. 2017(13)
[5]气动柔性驱动器及其在灵巧手中的应用研究综述[J]. 张立彬,鲍官军,杨庆华,高峰. 中国机械工程. 2008(23)
博士论文
[1]面向柔性服务机器人的若干前沿技术研究[D]. 孙昊.中国科学技术大学 2016
硕士论文
[1]基于低熔点合金的变刚度软体仿人手指研制[D]. 张海容.哈尔滨工业大学 2018
本文编号：3615177
【文章来源】：深圳大学广东省
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
浇筑成型模具，a)Bilodeau等[10]设计的3D打印模具，b)HaoY等[11]设计的3D打印模具
基于多技能可变刚度软体手的视觉抓取操作研究21.3可变刚度软体手的研究现状可变刚度软体手由柔性材料和可变刚度结构制成，在抓取操作上体现出刚性手所不具备的优越性能。柔性材料使得可变刚度软体手在操作时具有包容性[8]，这种包容性使得可变刚度软体手在面对外界的各种冲击、碰撞等情况时，能够将损坏等风险降到最小，为机器人系统调试时发生的误操作提供缓冲空间。柔性材料的存在却使得软体手无法输出足够的承载力，变刚度结构则有利于克服传统软体手刚度不足，抓力偏小的缺点。1.3.1软体手制备可变刚度软体手常见的制备方法有两种：浇筑成型和3D打印成型。浇筑成型是可变刚度软体手最为常见的制备方式[9]。浇筑成型的方式需要设计模具，如图1-1所示，模具内部常常留有孔道和悬空结构，用于形成软体驱动器的气路和“关节”等结构。图1-1浇筑成型模具，a)Bilodeau等[10]设计的3D打印模具，b)HaoY等[11]设计的3D打印模具图1-2软体手制备方法示意图，a)是浇筑成型制备[6]，b)3D打印制备[15]一般的制备流程如图1-2（a）：以液态硅胶为例，液态硅胶的A、B组分液充分搅拌均匀后倒入模具的内腔，盖上模具上盖，滤除气泡后在恒温烤箱中加热一定时长后固化，最后脱模成型。这种制备方法简单方便，但不利于多种材料分层浇筑。采用3D打印制备的可变刚度软体手主要是通过数字建模的方式构建三维结构，利用光固化或者熔融沉
㈦焐???偷缁钚?聚合物驱动三种。1)流体驱动流体驱动是最为常见的一种软体手驱动方式。这种驱动方式是往软体手指内腔通道注入流体，通过控制内部流体流量和压强等方式使结构变形[17]。流体驱动的方式包括纤维增强驱动器和气动人工肌肉。纤维增强驱动器是一种较早出现的流体执行机构，是一种柔性执行器，由可变形的弹性体组成，外部添加轴向束缚[18-20]。气动人工肌肉是一种高度可变形、适应能力较强的柔性结构。通过压缩流体增大压强使得软体手指弹性体发生形变[21]。气动软体手指结构类型和纤维增强型结构分别如图1-4（a）和1-4（b）。流体驱动分气压驱动和液压驱动两种。由与空气重量轻，资源多，且易于得到，气动系统通常比液压系统更受关注。图1-4流体驱动软体驱动器，a)气动人工肌肉[17]和b)纤维增强驱动器[18]流体驱动的结构通常设计成几何不对称，或者保持结构的各向异性，使腔体的全向形变转化为软体手指的弯曲形变。文献[22]使用纤维增强结构设计出一款仿人软体手，
【参考文献】：
期刊论文
[1]嵌入形状记忆聚合物的柔性致动器仿真及性能测试[J]. 张姗姗,党开放,焦志伟,刘由之,迟文凯. 塑料科技. 2019(08)
[2]绳驱动式欠驱动机械手稳定抓取构型分析（英文）[J]. 吕辛,乔尚岭,黄勇,刘荣强. Journal of Southeast University（English Edition）. 2018(03)
[3]软体机器人:结构、驱动、传感与控制[J]. 王田苗,郝雨飞,杨兴帮,文力. 机械工程学报. 2017(13)
[4]基于纤维增强型驱动器的气动软体抓手设计[J]. 魏树军,王天宇,谷国迎. 机械工程学报. 2017(13)
[5]气动柔性驱动器及其在灵巧手中的应用研究综述[J]. 张立彬,鲍官军,杨庆华,高峰. 中国机械工程. 2008(23)
博士论文
[1]面向柔性服务机器人的若干前沿技术研究[D]. 孙昊.中国科学技术大学 2016
硕士论文
[1]基于低熔点合金的变刚度软体仿人手指研制[D]. 张海容.哈尔滨工业大学 2018
本文编号：3615177
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