收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

欠驱动拟人手的设计及抓握操作理论与方法研究

陈文锐  
【摘要】:人体解剖学和肌骨系统运动功能学研究表明,虽然人手具有众多的活动关节,然而关节之间存在固有的协同运动特性。如何用工程科学的方法复现人手运动规律是当前机器人学研究的难题之一。本文围绕欠驱动拟人手的设计、功能评价等问题开展系统深入的研究。主要创新性研究工作如下:人手高维运动功能的机械重构方法。采集人手的日常抓握运动数据,并分析了人手的运动特征。人手运动数据的分析结果表明,手指内关节间存在主次运动机制,拇指与其余四指运动关联性差,其余四指的运动存在显著的协同特征。根据人手指的主次运动分治规律,提出了复现人手指主次运动的机械设计原理。基于提出的设计原理,设计并制造了机械传动系统内置的欠驱动拟人手样机。该拟人手只需4个电机驱动16个关节,能够复现人手自然的抓握功能。抓握实验结果证实了提出的拟人手设计方法的有效性。欠驱动机构的机械自适应特性定量评价。欠驱动机构具有独特的机械自适应特性而被广泛使用,然而尚缺乏对机械自适应性的定量评价方法。针对这一问题,定义了描述机械自适应性的度量指标,从效果和代价两方面对机械自适应特性进行定量评价。通过分析欠驱动机械手实施典型抓取行为过程中运动与力的演化过程,揭示了欠驱动机构机械自适应特性的外在条件和内在成因。利用提出的评价指标,分析比较了拟人手的三种典型柔性欠驱动拟人手机构的机械自适应能力,结果表明采用主次运动分治原理设计的关节间柔性耦合机构具有最优的形状自适应能力。自适应包络抓握的欠驱动机构参数设计方法。通过对欠驱动抓握过程分析研究,发现了欠驱动手抓握过程中存在运动收敛的行为,揭示了机构参数对欠驱动手抓握行为特点的影响规律。提出了基于抓握过程的欠驱动机构参数分步设计方法,解决了欠驱动手指在自适应抓握过程中难以施加足够大抓握力的难题,为避免手指自适应抓握过程中发生挤出行为提供了有效的解决方法。实验结果验证了分析和设计方法的有效性。欠驱动拟人手灵巧操作能力的分析评价方法。通过对手-物体系统可动性和接触力的综合分析,揭示了欠驱动手与全驱型手在灵巧操作上的本质区别。发展了欠驱动拟人手灵巧操作行为的分析方法。从可实现的操作方向及对应的运动幅度定义了欠驱动手的灵巧操作能力,并给出了欠驱动灵巧操作能力的评价方法及其算法。用本文提出的欠驱动拟人手进行了理论分析和操作实验,实验结果验证了分析方法的有效性。分析和实验结果表明欠驱动拟人手能够实现大范围的灵巧操作,具有良好的灵巧操作能力。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 史彦;王银河;;基于关联跟踪目标的欠驱动系统跟踪控制设计研究[J];电子世界;2018年04期
2 黄江帅;胡睿;;带有驱动器冗余的欠驱动船舶的自适应容错控制[J];南京信息工程大学学报(自然科学版);2018年02期
3 王益博;杨昆;;一类欠驱动系统的滑模分解控制器设计[J];机电技术;2017年06期
4 朱齐丹;马俊达;刘志林;刘可;;多欠驱动自主水面船的鲁棒协调控制器设计[J];哈尔滨工程大学学报;2017年12期
5 武颖;杨胜强;李文辉;刘大亮;王庆;;基于滑模反演的欠驱动水面无人艇航向控制[J];科学技术与工程;2018年01期
6 余章;;基于微分平滑的欠驱动无人地面车辆的轨迹跟踪控制[J];电子世界;2017年22期
7 赵海滨;刘冲;陆志国;颜世玉;于清文;;基于Matlab/Simulink的欠驱动机械臂仿真实验[J];实验技术与管理;2018年06期
8 刘建英;王效岳;宫金良;;柔性欠驱动机械臂动力学耦合分析[J];中国机械工程;2017年22期
9 周祥龙,赵景波;欠驱动非线性控制方法综述[J];工业仪表与自动化装置;2004年05期
10 韩少君;倪昆;程林;张庆振;;基于微分平坦的变质心再入飞行器欠驱动控制[J];计算机仿真;2018年05期
11 杨迪;郭晨;朱玉华;付思;;欠驱动船舶神经网络自适应路径跟踪控制[J];智能系统学报;2018年02期
12 杨志成;冯豫韬;张利霞;齐华山;倪景秀;;基于神经网络前馈补偿的欠驱动机器人越障控制[J];测控技术;2017年11期
13 傅雪冬,裴海龙,吴国钊;Pendubot的基于能量的非线性控制[J];机器人;2000年06期
14 杨兴明;汤星;;一类欠驱动系统的自适应神经滑模控制[J];合肥工业大学学报(自然科学版);2015年07期
15 何朕;王广雄;杨文哲;;一类欠驱动系统的频域反步法设计[J];电机与控制学报;2012年02期
16 刘博;王永;;一类欠驱动系统的分层FTSMC控制[J];计算机仿真;2008年11期
17 沈智鹏;王茹;;基于DSC和MLP的欠驱动船舶自适应滑模轨迹跟踪控制[J];系统工程与电子技术;2018年03期
18 孙宁;方勇纯;陈鹤;;欠驱动桥式吊车消摆跟踪控制[J];控制理论与应用;2015年03期
19 林壮;朱齐丹;原新;;欠驱动水平机械臂的遗传优化分层滑模控制[J];哈尔滨工程大学学报;2007年12期
20 裴海龙,徐杨生;含有未驱动关节的空间机器人控制(英文)[J];控制理论与应用;1999年06期
中国重要会议论文全文数据库 前5条
1 苏晓鹭;于洋;葛斌;;蚁群算法在欠驱动系统Pendubot优化控制中的应用[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
2 王鹏程;方勇纯;马博军;;桥式吊车自适应滑模模糊竖直起降控制器设计[A];2011年中国智能自动化学术会议论文集(第一分册)[C];2011年
3 戈新生;姜文超;;一类欠驱动旋转摆的非线性控制[A];第八届全国动力学与控制学术会议论文集[C];2008年
4 王芳;张洪华;;欠驱动刚性航天器旋转轴稳定研究[A];提高全民科学素质、建设创新型国家——2006中国科协年会论文集(下册)[C];2006年
5 方勇纯;;机器人化自动吊车系统研究[A];2015年中国自动化大会摘要集[C];2015年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 陈文锐;欠驱动拟人手的设计及抓握操作理论与方法研究[D];华中科技大学;2017年
2 韩冰;欠驱动船舶非线性控制研究[D];哈尔滨工程大学;2004年
3 谭跃刚;基于非完整约束的欠驱动机械手及其运动控制的研究[D];武汉理工大学;2005年
4 么健石;图式理论在一类欠驱动机械系统控制中的应用研究[D];东北大学;2006年
5 刘振泽;欠驱动步行机器人运动学机理与控制策略研究[D];吉林大学;2007年
6 黄金明;几类非完整与欠驱动系统的控制研究[D];曲阜师范大学;2017年
7 阮有真诚;不稳定系统非线性控制的研究[D];华中科技大学;2013年
8 王清川;可用于运动目标捕获的行星齿轮式差动欠驱动机械臂研究[D];哈尔滨工业大学;2017年
9 姚雪莲;基于自适应多设计融合的执行器故障补偿技术及其应用[D];南京航空航天大学;2015年
10 武宪青;桥式吊车系统的部分反馈线性化控制研究[D];浙江工业大学;2016年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李国胜;基于LMI约束的抗横摇欠驱动船舶航迹跟踪[D];江苏大学;2017年
2 肖在生;一类欠驱动系统的非线性控制设计[D];曲阜师范大学;2017年
3 杨彬彬;一类欠驱动系统的稳定控制研究[D];华北电力大学;2015年
4 张博雅;一类欠驱动系统的滑模控制研究[D];华北电力大学;2013年
5 梁奎;欠驱动无人船航迹跟踪控制研究与仿真[D];广西大学;2017年
6 张丽萍;一类欠驱动系统的跟踪控制器设计[D];曲阜师范大学;2017年
7 刘剑;欠驱动非线性系统控制问题的研究[D];哈尔滨工业大学;2017年
8 黄民昌;仿猿双臂手大阻尼欠驱动连续移动控制研究[D];哈尔滨工业大学;2017年
9 姜正桥;欠驱动水面船舶纵向运动控制研究[D];哈尔滨工程大学;2016年
10 刘建英;具有柔性臂的平面三关节机器人欠驱动控制[D];山东理工大学;2017年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978