基于视觉信息的机械手对刚性椭球体的抓取稳定性研究

发布时间：2017-05-08 20:15

  本文关键词：基于视觉信息的机械手对刚性椭球体的抓取稳定性研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：机器人作业时,与作业对象直接接触的部位是机器人末端执行器中的手指抓取机构,抓取目标物体是否稳定关系到作业任务的成败。因此针对目标物体的抓取稳定性研究是机器人领域的研究重点。近年来随计算机视觉技术和多传感器信息融合技术的快速发展,利用计算机视觉感知机器人的工作环境和作业对象的几何特征,通过多传感器信息融合技术研究目标物体的抓取稳定性已成为解决目前问题的有效途径,本文的工作包含以下几个方面:1.机械手的设计。首先是机械臂的构型和整体设计,包括对臂杆长度的确定,关节电机的计算选型和手臂的弯曲强度校核;其次对末端执行器的研制,包括设计原理,手指驱动形式及计算分析;用于获取视觉信息的TOF相机、手指夹取机构的运动控制和整个抓取实验平台供电系统的设计。2.机械手运动学分析及仿真。运用D-H方法建立机械手的运动学数学模型,并对其进行正向、逆向求解;运用Pro/e创建机械手的三维模型,然后导入ADAMS软件中创建机械手的虚拟样机,通过ADAMS强大的仿真功能进行运动学仿真分析,测量各关节角速度、关节力矩曲线,机械手末端点位移、速度等相应的曲线,以分析了机械手的动态运动特性;同时也验证了关节电机选型计算的合理性与运动学方程的正确性,为机械手的设计优化及运动控制等提供依据。3.两平行手指机械手稳定抓取理论的归纳与总结。对手指与刚性椭球体接触点的类型进行力学分析,通过对有摩擦点接触的两指力封闭抓取物体推导出满足空间抓取稳定性必要条件和对接触抓取稳定条件进行推导,得出两并行手指抓取物体界稳定性时的条件;所归纳的两并行手指稳定抓取理论为进一步实验分析提供了理论依据。4.两平行手指机械手的稳定抓取实验。首先组建了两平行手指机械手抓取实验平台,而后选取熟鸡蛋作为刚性椭球体的特例,基于视觉信息获取椭球体横截面和不同纵截面的几何特征信息;然后利用所归纳的稳定性抓取理论预测选取物体最大横向面轮廓与不同纵向面轮廓的相交点是否满足稳定抓取条件,最后通过稳定抓取实验验证所选点集,并分析了预测结果与实验结果不一致的原因。实验成功率为66.67%,该实验初步验证了所归纳的面向刚性椭球体的抓取稳定性理论。
【关键词】：机器人 抓取稳定性 刚性椭球体 两手指 抓取实验
【学位授予单位】：河南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP241
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-19
• 1.1 本课题研究的目的和意义11
• 1.2 国内外研究现状11-15
• 1.2.1 末端执行器的改进11-14
• 1.2.2 抓取稳定性理论性研究14-15
• 1.3 主要研究内容15-17
• 1.3.1 基于视觉信息的机械手抓取椭球体的实验平台的构建15-16
• 1.3.2 研究物体空间抓取稳定性理论和接触抓取稳定性理论16
• 1.3.3 研究手指指面和物体的几何特征对抓取稳定性的影响16-17
• 1.4 技术路线17-19
• 2 机械手的设计19-35
• 2.1 机械臂构型和整体设计19-26
• 2.1.1 机械手臂杆长确定19-20
• 2.1.2 机械臂电机的选型与计算20-26
• 2.1.3 手臂的弯曲强度校核26
• 2.2 末端执行器的研制26-33
• 2.2.1 总体结构及原理26-27
• 2.2.2 手指夹取机构27-28
• 2.2.3 手指驱动机构28-29
• 2.2.4 感知系统29-30
• 2.2.5 运动控制系统30-32
• 2.2.6 供电系统32-33
• 2.3 本章小结33-35
• 3 机械手运动学分析及仿真35-49
• 3.1 D-H方法描述35-36
• 3.2 运动学分析数学建模36-42
• 3.2.1 正向运动学36-38
• 3.2.2 逆向运动学38-42
• 3.3 运动学仿真42-47
• 3.3.1 ADAMS软件及模型建立42-43
• 3.3.2 ADAMS中环境变量设置43-44
• 3.3.3 仿真分析44-47
• 3.4 本章小结47-49
• 4 两平行指机械手的抓取稳定性理论49-59
• 4.1 空间抓取稳定性49-55
• 4.1.1 接触的类型49-50
• 4.1.2 力封闭、摩擦锥和摩擦角50-51
• 4.1.3 两手指接触点力分析51-55
• 4.2 接触抓取稳定性55-58
• 4.2.1 接触稳定性条件55-58
• 4.2.2 接触的可操作性58
• 4.3 本章小结58-59
• 5 两平行指机械手的稳定性抓取实验59-75
• 5.1 实验条件59-61
• 5.1.1 实验的硬件系统59-61
• 5.1.2 实验材料61
• 5.2 实验过程61-70
• 5.2.1 图像采集61-62
• 5.2.2 图像处理62-67
• 5.2.3 预测稳定抓取区域67-68
• 5.2.4 稳定抓取试验设计68-70
• 5.3 实验结果与分析70-72
• 5.3.1 两平面手指并行抓取结果70-72
• 5.3.2 实验分析72
• 5.4 本章小结72-75
• 6总结与展望75-77
• 6.1研究总结75
• 6.2展望75-77
• 参考文献77-81
• 作者简历81-83
• 学位论文数据集83

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