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多指灵巧手的操作规划研究

作　者: 郑光
导　师: 钱瑞明
学　校: 东南大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 多指手抓取主动任务被动任务规划误差
分类号: TP241
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

多指灵巧手作为机器人的末端夹持机构,由于具有高度的灵巧性和可操作性,许多学者对其怀有浓厚的兴趣。目前国内外的研究者对多指手抓取模型的建立,规划的优化已经提出了很多的方案。但大多数仅仅局限于理论上的发展,本文对多指灵巧手在面向具体任务时提出一种规划方案。多指灵巧手是由几根相对独立的手指构成,而每一根手指机构都可以看作是独立的机器人,因此,多指手抓取规划问题实际上是多机器人系统的协调操作问题。多指灵巧手的设计灵感来自于人手,首先对于我们人手在抓取物体时的抓取策略作出研究,再对机械手本身的结构特征作出分析,研究灵巧手抓取时手指指尖和手指各关节变量之间的关系,包括机构运动学、动力学以及手指的操作空间。然后分析单根手指与物体的接触模型,即手指与物体保持稳定抓取的条件,推广到多指机械手中,建立了多指手抓取物体的数学模型。当面向具体的工作任务时,我们把任务分为被动任务和主动任务,在被动任务时,将任务细分成许多子任务,以单指所需最大操作力最小为优化目标,给出面向被动任务的构形优选方案,并给出具体的算例;当构形确定后,为保证灵巧性,对手掌的位置进行规划。主动任务定义为灵巧手对物体的微操作,主要分析了各关节的转动误差对接触点位置的影响,分析了误差的范围,并定义了微操作的最小操作量。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第一章绪论  8-14
  1.1 引言  8
  1.2 课题的提出及研究进展  8-12
    1.2.1 课题的提出及意义  8-9
    1.2.2 多指灵巧手的研究进展  9-12
  1.3 课题研究的内容  12-14
第二章灵巧手结构及运动分析  14-22
  2.1 多指灵巧手的结构  14-15
    2.1.1 灵巧手的组成  14
    2.1.2 手指数目  14
    2.1.3 关节运动副形式及手掌结构分析  14-15
    2.1.4 关节驱动及传动方式的选择  15
  2.2 刚体旋转运动的指数坐标  15-16
  2.3 旋量运动及变换  16-17
  2.4 多指手的正逆运动学  17-19
    2.4.1 灵巧手的运动学正解  17-18
    2.4.2 灵巧手的运动学逆解  18-19
  2.5 灵巧手的雅可比矩阵  19
  2.6 灵巧手指端的作用力  19-20
  2.7 雅可比矩阵的范数和条件数  20-21
    2.7.1 雅可比矩阵的范数  20
    2.7.2 雅可比矩阵的A条件数  20-21
  2.8 本章小结  21-22
第三章灵巧手的抓取分析  22-36
  3.1 人手抓取特性的分析  22-23
  3.2 多指手模型的建立  23-26
    3.2.1 接触模型  23-25
    3.2.2 抓取影射  25-26
  3.3 多指手抓取的定性分析  26-30
    3.3.1 形封闭抓取  26-27
    3.3.2 力封闭  27-29
    3.3.3 力封闭抓取与形封闭抓取的关系  29-30
  3.4 多指手抓取的性能指标  30-35
    3.4.1 抓取稳定性指标  30
    3.4.2 抓取灵巧性指标  30-31
    3.4.3 动态可操作性指标  31-32
    3.4.4 灵巧手操作的可达性  32-35
  3.5 本章小结  35-36
第四章面向被动任务的灵巧手抓取规划  36-42
  4.1 任务分析  36-37
  4.2 抓取构形的优选  37-38
  4.3 应用实例  38-40
  4.4 手指关节转角的优化  40-41
  4.5 本章小结  41-42
第五章灵巧手的微操作误差分析  42-46
  5.1 误差分析  42-44
  5.2 实例研究  44-45
  5.3 本章小结  45-46
第六章多指灵巧手的研究及应用展望  46-49
  6.1 多指灵巧手的研究展望  46
  6.2 多指灵巧手的应用展望  46-49
参考文献  49-51
硕士阶段发表的论文  51

多指灵巧手的操作规划研究

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