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欠驱动余度机械臂的无碰撞运动规划与控制

0前言 欠驱动机器人是一种有被动关节的机械臂系 统。在航天、深水等微重力环境和人机合作机器人 等领域有应用前景。一般情况下欠驱动机械臂系统 是一种二阶非完整约束系统[’一6],目前关于欠驱动 机械臂的研究主要集中在被动关节的位置控制问题 上,如H.Arailz】在分析了欠驱动机器人主被动关 节之间的动力学祸合的基础上,提出一种时间尺度 方法[31,这种方法需要精确的运动规划。N.scherm 等[4l基于非线性多率运动规划技术提出一种数字控 制方法,这种方法只对于少自由度简单欠驱动机械 臂比较有效。K.Lynch等[5]基于Arai的研究基础, 针对有一个被动关节的平面3.DOF机械臂的无碰 撞路径规划问题进行了研究,主要研究了二阶非完 整约束系统的运动可控性。K.5.Hongl61基于欠驱 动机械臂的平均系统非线性模型,提出一种振动输 入控制方法,这种方法在分析系统动态特性时是很 有效的,但是由于建立系统的平均系统模型比较复 ...  (本文共6页) 阅读全文>>

《机械设计与研究》2005年04期
机械设计与研究

欠驱动机器人研究综述

欠驱动机器人是指独立控制输人少于系统自由度的机 器人【‘」,对欠驱动机械臂而言,则指某个或某些关节没有驱 动装置,即关节是被动的,也称自由的。欠驱动机器人由于 驱动器的减少,具有重量轻、成本低、能耗低等众多优点,因 此引起学者的广泛关注,成为机器人研究领域的新热点。 一般而言,机器人在如下情况下会具有欠驱动特 性〔“一“〕:①受人体运动的启发,用于仿生机器人,实现高效、 优美的运动;②空间机器人、微重力环境中或某些结构特别 紧凑的系统,使用欠驱动关节可以大大减轻重量、降低成本; ③设计时有意减少驱动装置以增加系统灵巧性;④系统本身 存在一些运动约束而成为欠驱动系统,如移动机器人;⑤某 些紧急情况下,驱动电机失灵而又无法更换的,将其处理成 欠驱动关节可以满足应急使用,具有实际意义;⑥出现在全 驱动机器人系统,如可以将柔性操作臂处理成含有被动关节 的欠驱动刚性机械臂进行研究。由于上述原因,欠驱动机器 人分别以空间机器人、水下机器人、...  (本文共5页) 阅读全文>>

《产业与科技论坛》2017年01期
产业与科技论坛

双臂机器人多功能欠驱动手爪的研制

目前手爪制造材料以铝、钢为常见,由于大多数产品处于实验阶段,因此往往对材料部件并不进行热处理,因此手爪的耐磨性较差,此外在手爪的连接处大都采用较大的间隙装配,这种形式导致手爪运动精度很低。因此,高精度手爪的大规模量产,需要采用更好的工艺与装配措施。一、欠驱动手爪机构的特点和制造工艺分析在欠驱动手指机构的基础上,集成了具有被动柔顺和多种抓取功能的欠驱动手指机构,半主动柔顺指面和主动适应性研究,手爪对物体形状的适应能力增强,并具备了很好的可靠性。手爪机构由形状自适应欠驱动手指、平行四边形精确捏取机构、手指位置调整机构三个部分组成,分别如图1所示。欠驱动手爪是末端执行器,手爪的端部手指及根部连接件是比较关键的零件,其配合精度决定了双臂机器人的操作精度,只有保证有很高的运动精度才能适应其在工业装配领域的应用。手指的主要工况条件是:运动频率高、连接磨损、接触磨损等,所以对手指关节材料、制造精度均要求很高,手指结构如图1所示。欠驱动手爪组成...  (本文共2页) 阅读全文>>

《机械设计与研究》2017年03期
机械设计与研究

欠驱动弹复性机器人的设计分析

2.萨斯喀彻温大学机械工程学院,加拿大萨斯卡通S7N5A2)1弹复性机器人今天,机器人凭借其多方面的应用以及与人类的互动能力,已经成为最重要的机械系统。并且,越来越多的机器人被要求能够在复杂的环境中工作。而这毫无疑问将增加机器人失效的风险。尽管机器人相关技术已经有了较大的发展,但是我们仍然很难保证机器人能长期高效地运行。机械都有使用寿命,一般情况下,企业里的工业机器为了延长使用寿命都会进行定期地维护。对于工作环境具有不可预知性并且非常恶劣的机器人,例如执行自然灾害搜救任务和外星探险任务的机器人,其失效的可能性非常高,为了使其使用寿命得到尽可能的延长,除了提高机器人在不可预知的环境下的适应能力外,还需要它具有一定程度的自我修复的能力。这种具有一定自我修复能力的机器人被称作弹复性机器人。传统的处理失效的方法包含对潜在风险和失效模式的预测、过度设计的预防性机构和控制算法。1.1弹复性的概念在机器人研究领域中,弹复性(resilienc...  (本文共5页) 阅读全文>>

《机床与液压》2014年15期
机床与液压

欠驱动五指灵巧手及控制系统设计

机器人灵巧手是为多任务而研究开发的一种智能型通用机械手,作为末端夹持机构,通过直接作用于目标对象来实现对目标的抓握,在太空探索、核能开发、医疗康复器械等诸多领域均有广泛的应用。随着科技水平的不断进步,灵巧手的研究逐渐成为机器人领域一个专门的研究领域,其研究工作取得了较大的进展,并取得了许多有应用价值的成果,如Stanford/JPL手、Utah/MIT手、Gifu手、HIT灵巧手、BH灵巧手等[1-6]。以Gifu手为例,其自由度以及所需驱动器数量较多,尽管其可以灵活自主地抓取物体,且具有较好的抓取稳定性,但在整个手掌以及手指内侧中布置了大量的触觉传感器,通过增加控制系统和传感器的要求来满足抓取物体时对其形状和尺寸的自动适应,成本高。实际上,人手是一个多冗余信息的活动体,其关节间运动存在着相关性,希望以有限的自由度充分反映手部信息,因此有必要对手的运动进行分析。特别是末端指关节和近掌指关节的运动关系非常密切,即近端指关节运动时对...  (本文共5页) 阅读全文>>

《传感器世界》2012年12期
传感器世界

欠驱动机器人控制策略综述

一、前言欠驱动机器人是指独立控制输入量少于系统自由度的一类机器人。对欠驱动机械臂而言,则是指某个或某些关节不含驱动装置,即关节是被动的。欠驱动机械臂是一种平面两连杆机械臂,根据被动关节的不同可以分成两种类型:一种类型为在肩部关节处没有驱动器,在肘部关节处有驱动器的平面机械臂,称为Acrobot机器人[1];另一种类型为在肩部关节处有驱动器,而在肘部关节处没有驱动器的平面机械臂,称为Pendubot机器人[2]。这两类系统是具有被动关节的非完整约束机器人,其非完整约束是由二阶微分方程表示,已被证明一般情况下是不可积的,因此是二阶非完整系统。实现欠驱动机械臂的灵活控制具有一定难度,曾一度被认为是不可控的,但是根据最近的研究结果看,欠驱动机械臂的被动关节位置不仅是可控的,而且在一定条件下还可能实现操作空间的连续轨迹跟踪。目前,这两类欠驱动机械臂的动力学与控制问题得到广泛研究。二、欠驱动机器人的特性1、动力学模型基于拉格朗日方程建立欠驱...  (本文共4页) 阅读全文>>