仿人多指灵巧手的抓取规划与实验.pptx

以单个手指为例进行仿真实验,验证了运动学正解与逆解以及动 力学方程的准确性。在对灵巧手特点进行分析的基础上,提出一 种基于最大稳定性的灵巧手抓取位置规划算法。
根据物体的形状与灵巧手的手指数目,对抓取问题进行描述,并 简化抓取问题。提出物体特征平面的概念,基于原始接触力螺旋 以及力封闭模型及其相关理论,求解能够使手指稳定抓取物体的 初始位置的算法。
仿人多指灵巧手的抓取规划与实验仿人多指灵巧手作为智能机器人的一种末端执行器,具有独特的 仿人机械结构和灵巧的操作性能,可完成对任意形状物体的抓取, 为人类的生产生活提供诸多便利。而灵巧手因其较多的自由度 和抓取模式的多样性,使得对目标物体的抓取规划变得非常复杂。
为使指灵巧手能够在获取物体的形状顶点信息后成功抓取边形 物体,本文提出一种抓取规划算法,该算法能够以最小的作用力 实现对物体的抓取,防止物体损坏,同时还可以抵抗已知的外力 干扰。论文的主要内容如下:以Barrett Hand灵巧手为研究对象, 基于D-H法建立其正运动学、逆运动学模型,在此基础上,采用拉 格朗日方程对其动力学方程进行求解,得出关节处力矩与关节角 位移、角速度和角加速度之间的关系。
以最大内切球法则作为抓取性能指标,以最大稳定性为目标进行 优化,最终获得最稳定的抓取位置。根据已规划出的位置信息, 以物体最小抓取力为目标,提出一种基于最小力的灵巧手抓取力 规划算法。
选择硬手指模型作为接触模型,计算抓取矩阵。将手指的作用力 拆分为抓取力和操作力,并给出抓取力与操作力的定义与特性。
基于力封闭理论和摩擦锥约束,提出灵巧手手指作用力的计算方 法。基于非线性规划中的序列无约束最小化技术,提出手指最小 作用力的计算方法,该方法还可以克服外部已知的干扰力螺旋。
建立灵巧手抓取系统的仿真模型,基于V-REP仿真软件对灵巧手 的运动学正解、运动学逆解和动力学方程进行了仿真验证。为 验证算法的正确性,同时保证实验的安全性,设计了灵巧手抓取 系统仿真平台,并进行了仿真实验。
搭建上位机、UR与Barrett灵巧手结合的抓取实验平台,使用 Harris角点检测方法获得物体的交点坐标信息,选取两组具有代 表性的实验物体进行抓取实验。实验结果表明,该算法具有较高 的抓取成功率,且可以实现各类形状物体的成功抓取,并能够克 服已知的外力干扰。
进行了手指作用力测量实验,将实验测量值与模型计算值进行对 比分析,验证了抓取规划算法的合理性、真实性和准确性。