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曲面点接触高副接触运动学及其在多指抓取中的应用研究

吴宏章  
【摘要】: 本文系统研究了曲面点接触高副的接触运动学,以及在机器人手点接触抓取操作中的应用。运用三维空间中刚体运动学和微分几何学的基本理论推导了点接触高副的运动学方程,并结合高副接触处不同的运动形式,获得了适用于纯滚动、纯滑动和滚滑兼有等情况的接触运动学方程。定义了曲面点接触两物体的位置正解和位置逆解,并给出相应的算法。对于纯滚动接触的情况,给出了点接触运动两物体表面接触轨迹的关系。 将非线性控制系统的理论和思想方法运用到曲面点接触高副的接触运动控制中,以接触处的相对速度作为输入,将点接触运动学方程看作为无漂移非线性控制系统的描述,基于可控性讨论分析了由初始接触位形至期望接触位形间的运动可行性,提出了基于多项式输入实现由初始接触位形运动到期望接触位形的算法,并采用滑模控制的方法实现对接触位形空间中给定轨迹的跟踪。 将曲面点接触高副接触运动学的研究结果应用于多指机器人的抓取操作分析,推导了机器人手指点接触抓取操作时的运动学方程,并根据此方程和其他约束条件,得到抓取操作时手指关节位移量、被操作物体运动及手指指端和被操作物体表面的接触坐标的变化情况。


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