变刚度机器人手爪及抓取策略研究

发布时间：2022-07-23 14:59

　　随着新兴的交叉学科不断涌现,机器人手爪作为机器人系统中的重要组成部分,担负了越来越复杂的工作任务,也对其适应性提出了更高的要求。相比于传统的固定刚度手爪,刚度可调节的手爪同时具有刚性手爪和柔性手爪的优势,可以适应更广泛的抓取任务。同时,传统机械臂上的末端夹持装置,通常功能单一,仅有一种或极少的几种抓取姿态,难以很好的适应不同类型的抓取需求。针对这种情况,本文设计了一种通过改变拮抗布置非线性弹簧初始压缩量的刚度调节装置,利用非线性弹簧刚度随初始压缩量而改变的特点,实现了变刚度功能。同时为了尽可能的缩小装置体积,采用了电机复用的方案,利用系统原有的驱动器,在特殊位置调节刚度,实现刚度调节的情况下不增加驱动器数量。在此基础上,分析人手的抓取姿态,从功能出发,通过增加手爪的对掌自由度,设计完成了可以实多种抓握姿态的机器人手爪装置,一定程度上拓展了机械手爪的工作场景。同时,采用功能分区的理念,设计了二自由度和三自由度的手指连杆结构,依据手指的抓握功能和微调功能配置驱动器,合理的分配了电机的功率和速度,有助于缩小手爪体积,降低成本。并对手爪的单指进行了动运动学和静力学的分析,计算工作空间并解算关节... 

【文章页数】：70 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题的来源及研究目的和意义
    1.2 国内外研究现状分析
    1.3 变刚度手爪研究现状
    1.4 抓取策略研究现状
    1.5 课题主要研究内容
第2章 变刚度结构设计
    2.1 引言
    2.2 变刚度实现途径
    2.3 手指变刚度方案设计
    2.4 截锥簧分析计算
    2.5 手指变刚度结构设计
    2.6 本章小结
第3章 手爪结构设计
    3.1 引言
    3.2 抓取策略分析
    3.3 手爪方案设计
        3.3.1 欠驱动方案分析
        3.3.2 驱动器布置
        3.3.3 手指数量设计
        3.3.4 手爪自由度配置
    3.4 手指连杆结构设计
        3.4.1 二自由度连杆设计
        3.4.2 三自由度连杆结构设计
        3.4.3 驱动器位置解算
    3.5 手爪结构设计
        3.5.1 主要部件计算选型
        3.5.2 具体结构设计
    3.6 本章小结
第4章 变刚度手爪抓取策略及实现
    4.1 引言
    4.2 抓取逻辑分析
    4.3 抓取姿态分析
        4.3.1 垂直侧捏
        4.3.2 相交捏取
        4.3.3 平行夹取
    4.4 抓取中的力控策略
    4.5 本章小结
第5章 平台搭建及实验研究
    5.1 引言
    5.2 实验平台的搭建
        5.2.1 机械结构搭建
        5.2.2 硬件结构搭建
        5.2.3 单片机程序设计
    5.3 刚度测量实验
    5.4 指尖力控实验
        5.4.1 位置控制替代实现指尖力控
        5.4.2 基于位置的阻抗力跟踪实验
    5.5 典型抓取策略实现
    5.6 本章小结
结论
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文及其他成果
致谢



本文编号：3665351