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五指仿人机器人灵巧手DLR/HIT Hand Ⅱ 被引量:31
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作者 刘伊威 金明河 +2 位作者 樊绍巍 兰天 陈兆芃 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第11期10-17,共8页
基于机电一体化设计思想和最新的驱动技术,研制DLR/HIT Ⅱ仿人灵巧手。该灵巧手由5个相同结构的模块化手指和1个独立的手掌构成,每个手指有4个关节、3自由度,所有的驱动器和电路板均集成在手指或手掌内。采用新型的体积小输出力矩大的... 基于机电一体化设计思想和最新的驱动技术,研制DLR/HIT Ⅱ仿人灵巧手。该灵巧手由5个相同结构的模块化手指和1个独立的手掌构成,每个手指有4个关节、3自由度,所有的驱动器和电路板均集成在手指或手掌内。采用新型的体积小输出力矩大的盘式无刷直流驱动电动机、质量轻的谐波减速器、齿形皮带等的驱动传动方案,使手指的体积和质量得到显著减小;采用钢丝耦合传动方案,实现手指末端两个关节的1:1耦合运动;手指具有位置、力/力矩、温度等多种感知功能。层次化的灵巧手硬件结构由手指电气系统、手掌电气系统和PCI总线控制卡等组成,灵巧手具有点对点串行通信、CAN以及网络等多种通信接口。在灵巧手的外观设计中,将外观设计与灵巧手的本体设计融为一体,实现灵巧手与人手相近的体积和外观。5指灵巧手的质量为1.5kg,手指的指尖输出力10N。 展开更多
关键词 DLR/HIT 灵巧手 数字信号处理器 现场可编程门阵列 模块化
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HIT/DLR HandⅡ类人形五指灵巧手机构的研究 被引量:25
2
作者 樊绍巍 刘伊威 +4 位作者 金明河 兰天 陈兆芃 刘宏 赵大威 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第2期171-177,共7页
为了使灵巧手的外观和结构功能更加类人化,研制了新一代类人形机器人五指灵巧手——HIT/DLR HandⅡ.该灵巧手由一个独立的手掌和5个完全相同的具有4个关节3个自由度的模块化手指构成.机电集成的设计思想保证了所有驱动器,传动系统和电... 为了使灵巧手的外观和结构功能更加类人化,研制了新一代类人形机器人五指灵巧手——HIT/DLR HandⅡ.该灵巧手由一个独立的手掌和5个完全相同的具有4个关节3个自由度的模块化手指构成.机电集成的设计思想保证了所有驱动器,传动系统和电路系统都集成在手指和手掌的内部.钢丝耦合机构的采用,保证了手指末端关节在整个运动范围内都能够保证精确定1:1传动比.包装件同结构功能件融合的设计思想不但进一步缩减的灵巧手的外形尺寸,而且使灵巧手外形更加类人化.所有的创新型设计使灵巧手的手指外形尺寸仅是上一代手指的1/3.此外,为了提高灵巧手的多感知能力,重新设计的力/力拒传感器,位置传感器及温度传感器通巧妙的集成在手指的内部.试验表明,所设计的灵巧手不但达到了设计目标,也表现出了很强的抓握能力. 展开更多
关键词 灵巧手 类人形 模块化 钢丝耦合机构 多感知能力
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卡尔曼滤波与多传感器数据融合技术 被引量:21
3
作者 蔡鹤皋 金明河 金峰 《模式识别与人工智能》 EI CSCD 北大核心 2000年第3期248-253,共6页
本文介绍了国际上卡尔曼滤波在多传感器数据融合领域的应用,并着重阐述了IMM算法和分布式卡尔曼滤波的思想,总结了卡尔曼滤波在该领域的应用潜力。文中还介绍了在互联网络上相关的站点和新闻组的地址。
关键词 多传感器数据融合 卡尔曼滤波 数据处理
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柔性关节机器人基于柔性补偿的奇异摄动控制 被引量:24
4
作者 刘业超 金明河 刘宏 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2008年第5期460-466,共7页
传统的奇异摄动方法仅适用于关节具有弱柔性的机器人的控制.为了解决这一问题,设计了关节柔性补偿器,大大提高了关节的等效刚度,从而消除了关节柔性对该方法的限制,使得奇异摄动方法能够应用于关节具有一般柔性的机器人系统中.此外,对... 传统的奇异摄动方法仅适用于关节具有弱柔性的机器人的控制.为了解决这一问题,设计了关节柔性补偿器,大大提高了关节的等效刚度,从而消除了关节柔性对该方法的限制,使得奇异摄动方法能够应用于关节具有一般柔性的机器人系统中.此外,对于慢子系统的控制,选择以投影算法作为参数估计规律的自适应控制器,并证明了它的渐近稳定性.该控制策略没有关节柔性限制,不需要连杆加速度及其微分信号,便于工程应用.最后以本实验室的柔性关节机器人为研究对象进行了实验研究,验证了所提控制策略的有效性和可行性. 展开更多
关键词 柔性关节 柔性补偿 奇异摄动 投影算法 渐近稳定性
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空间太阳能电池阵列技术综述 被引量:25
5
作者 谢宗武 宫钇成 +2 位作者 史士财 金明河 王达 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第5期491-498,共8页
阐述了太阳能电池阵列技术的演变过程,分析了促进太阳能电池阵列技术发展的需求;然后针对太阳能电池阵列技术的发展问题,逐次对光伏系统、结构框架、展开机构技术进行了深层次的剖析,分析了各自的特点、发展状况以及应用情况,并展望了... 阐述了太阳能电池阵列技术的演变过程,分析了促进太阳能电池阵列技术发展的需求;然后针对太阳能电池阵列技术的发展问题,逐次对光伏系统、结构框架、展开机构技术进行了深层次的剖析,分析了各自的特点、发展状况以及应用情况,并展望了未来太阳能电池阵列技术的发展趋势;最后提出了太阳能电池阵列技术将朝着高效率、低成本、轻质量、长寿命、高可靠性的方向发展。 展开更多
关键词 太阳能电池阵列 光伏系统 结构框架 展开机构
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基于合作靶标的在轨手眼标定 被引量:21
6
作者 温卓漫 王延杰 +1 位作者 邸男 金明河 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第5期1005-1012,共8页
针对空间站机械臂的在轨手眼标定问题,提出了一种利用合作靶标位姿求解手眼关系的方法。机械臂执行2次小幅度运动,让安装在机械臂末端的摄像机在3个不同的位置拍摄合作靶标图像;提取每幅图像中3个特征点的图像像素坐标,结合预标定的摄... 针对空间站机械臂的在轨手眼标定问题,提出了一种利用合作靶标位姿求解手眼关系的方法。机械臂执行2次小幅度运动,让安装在机械臂末端的摄像机在3个不同的位置拍摄合作靶标图像;提取每幅图像中3个特征点的图像像素坐标,结合预标定的摄像机内部参数求解出与其对应的图像物理坐标;接着用P3P算法求取每幅图对应的摄像机外部参数;再根据摄像机外部参数和机械臂的2次运动参量,用矩阵重排的方法求解手眼转换矩阵。采用六自由度转台对此方法进行了验证,实验结果表明手眼标定误差小于0.05 mm,满足机械臂系统精度要求。该方法同时完成了单目位姿测量和手眼标定,操作步骤简单、计算量小、精度高。 展开更多
关键词 机器人视觉 机器人标定 P3P 位姿测量
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机器人多指灵巧手基关节力矩/位置控制系统的研究 被引量:11
7
作者 何平 金明河 +1 位作者 刘宏 谢宗武 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2002年第4期314-318,328,共6页
HIT- 1型机器人手是一种具有多种感知功能的仿人多指灵巧手 .目前对多指手单关节单自由度控制的研究较多 ,而对两自由度的手指基关节的研究却较少 .本文分析了 HIT- 1型手两自由度基关节的运动学和动力学模型 ,并在此基础上建立了基关... HIT- 1型机器人手是一种具有多种感知功能的仿人多指灵巧手 .目前对多指手单关节单自由度控制的研究较多 ,而对两自由度的手指基关节的研究却较少 .本文分析了 HIT- 1型手两自由度基关节的运动学和动力学模型 ,并在此基础上建立了基关节的位置和力矩反馈控制系统 .本文采用工业中常用的 PID控制算法分别实现了手指基关节在自由空间的位置控制和在约束空间的力矩控制 ,并对实验结果进行了分析 . 展开更多
关键词 机器人 多指灵巧手 关节力矩 位置控制系统 HIT-1型
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天宫二号机械手关键技术及在轨试验 被引量:23
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作者 刘宏 李志奇 +5 位作者 刘伊威 金明河 倪风雷 刘业超 夏进军 张元飞 《中国科学:技术科学》 EI CSCD 北大核心 2018年第12期1313-1320,共8页
空间机械臂可以降低宇航员舱外活动风险,提高空间探索效率,具有广泛的应用前景.近年来随着机器人技术的发展,空间机械臂逐渐成为空间技术领域的热点研究方向.天宫二号空间实验室任务中的人机协同在轨维修科学试验是天宫二号三大关键试... 空间机械臂可以降低宇航员舱外活动风险,提高空间探索效率,具有广泛的应用前景.近年来随着机器人技术的发展,空间机械臂逐渐成为空间技术领域的热点研究方向.天宫二号空间实验室任务中的人机协同在轨维修科学试验是天宫二号三大关键试验任务之一,其核心是天宫二号机械臂系统.这是一套集成了多种传感器、具备多种控制模式的舱内空间机器人系统,包括6自由度机械臂、五指仿人灵巧手、手眼相机和全局相机、在轨人机接口(空间鼠标和数据手套)等模块,其设计目标是:在空间微重力环境下与航天员配合完成多种演示验证任务;对空间机器人关键技术以及在轨人机协同关键技术进行验证和评价;为空间机器人辅助或配合航天员开展在轨维修积累经验和数据.针对人机协同中的安全性问题,采用基于可变步长的轨迹规划方法,使机械臂在与周围环境发生接触时能够局部智能地调整其运动轨迹,达到减小或者消除碰撞力的目的;针对五指灵巧手的抓握控制问题,提出了基于目标物体笛卡尔刚度的协调抓握控制方法,以适应外力的变化达到稳定抓握的目的;针对数据手套与灵巧手之间的位姿映射问题,采用基于指尖位置的人手与五指灵巧手运动映射方法以达到精确位姿映射.天宫二号机械臂系统于2016年9月15日随天空二号空间实验室发射入轨.在10月27日到11月13日期间,宇航员与机械臂系统协同开展了动力学参数辨识、抓漂浮物体、与航天员握手、在轨维修等试验,成功完成了所有预定任务,为今后空间机器人的应用奠定了基础. 展开更多
关键词 空间机器人 在轨服务 人机协同 仿人灵巧手
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基于启发式的快速扩展随机树路径规划算法 被引量:16
9
作者 王滨 金明河 +1 位作者 谢宗武 刘宏 《机械制造》 2007年第12期1-4,共4页
针对基于随机采样的路径规划缺乏确定性的问题,提出一种具有启发式的多自由度机器人路径规划算法。该算法在快速扩展随机树算法的基础上,引入了启发式估价函数,使扩展随机树有利于朝目标点方向进行生长。仿真结果表明。提高了复杂环境... 针对基于随机采样的路径规划缺乏确定性的问题,提出一种具有启发式的多自由度机器人路径规划算法。该算法在快速扩展随机树算法的基础上,引入了启发式估价函数,使扩展随机树有利于朝目标点方向进行生长。仿真结果表明。提高了复杂环境下机器人路径规划的效率,保证了规划的路径接近于最短路径,对同一任务的规划具有一定的可重复性。 展开更多
关键词 机器人 路径规划 快速扩展随机树(RRT) 启发式函数
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空间站机械臂位姿测量中合作靶标的快速识别 被引量:16
10
作者 温卓漫 王延杰 +2 位作者 邸男 初广丽 金明河 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第4期1330-1338,共9页
空间站机械臂在完成辅助对接或者目标抓捕时,需要实时求取机械臂上的视觉传感器与目标上的合作靶标之间的位置和姿态,而其前提条件是合作靶标的快速识别。本文提出了一种合作靶标的快速识别算法。算法分为3大步骤:首先用Sobel算子和改... 空间站机械臂在完成辅助对接或者目标抓捕时,需要实时求取机械臂上的视觉传感器与目标上的合作靶标之间的位置和姿态,而其前提条件是合作靶标的快速识别。本文提出了一种合作靶标的快速识别算法。算法分为3大步骤:首先用Sobel算子和改进的非极大值抑制算法提取靶标图像的单像素边缘;然后将每条边缘分为两段,分别采用最小二乘法进行圆拟合,若两段拟合结果相似则该边缘属于圆形;最后根据圆形的大小在每个圆形周围开出一大一小两个正方形窗口,统计在两窗的补集内距离圆心较近的直线数量,若直线数量满足规定条件则认为是合作靶标。利用手眼相机、六自由度转台和合作靶标对算法进行了验证,实验结果表明该算法能在1.5m的距离内准确识别合作靶标,且不受光照条件影响。合作靶标的识别算法快速、稳定、抗干扰能力强。 展开更多
关键词 机器视觉 目标识别 非极大值抑制 圆检测 直线检测
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空间非合作目标捕获方法综述 被引量:15
11
作者 孙永军 王钤 +3 位作者 刘伊威 谢宗武 金明河 刘宏 《国防科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第3期74-90,共17页
随着空间事故和失效航天器的增多,地球附近的轨道资源越来越紧张。如今世界各国都在大力发展在轨服务和太空碎片清除,作为其中最关键的技术之一,空间非合作目标捕获近年来成了太空研究领域的重点。目前,国内外各大研究机构针对非合作目... 随着空间事故和失效航天器的增多,地球附近的轨道资源越来越紧张。如今世界各国都在大力发展在轨服务和太空碎片清除,作为其中最关键的技术之一,空间非合作目标捕获近年来成了太空研究领域的重点。目前,国内外各大研究机构针对非合作目标进行了深入研究,并提出了多种捕获方法,取得了较大的进展。对非合作目标进行分类,基于现有的捕获方法介绍了国内外非合作目标捕获技术发展的最新状况,总结了原理方案,分析了捕获方法和关键技术,为我国后续开展相关研究提供了一种研究思路。 展开更多
关键词 非合作目标 捕获机构 捕获方法
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基于样条函数的机器人轨迹规划方法 被引量:16
12
作者 何平 刘宏 金明河 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2003年第z1期614-618,共5页
在机器人控制中,常常需要控制机器人末端准确地从空间一点移动到另外一点,而机器人轨迹规划算法在很大程度上影响了控制的稳定性和鲁棒性.对没有特殊中间路径要求的机器人控制而言,在关节坐标空间进行轨迹规划不但计算量小,而且可以避... 在机器人控制中,常常需要控制机器人末端准确地从空间一点移动到另外一点,而机器人轨迹规划算法在很大程度上影响了控制的稳定性和鲁棒性.对没有特殊中间路径要求的机器人控制而言,在关节坐标空间进行轨迹规划不但计算量小,而且可以避免由于雅可比矩阵奇异引起的速度失控.本文采用样条函数规划算法设计了机器人关节坐标空间的轨迹函数,通过对两种算法的比较证明,样条函数能更好地生成具有稳定性和鲁棒性的空间轨迹,这个空间轨迹不但可以避免机器人在起动和停止时由于速度、加速度引起的抖动,而且可以满足机器人快速运动的需要.最后,本文基于HIT-1手单手指模型建立了PID控制模型,并利用Simulink工具仿真对两种轨迹规划算法进行了比较. 展开更多
关键词 样条函数 轨迹规划
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基于几何特征的圆形标志点亚像素中心定位 被引量:14
13
作者 王林波 王延杰 +1 位作者 邸男 金明河 《液晶与显示》 CAS CSCD 北大核心 2014年第6期1003-1009,共7页
视觉测量系统中圆形标志点中心定位的精度易受噪声的影响。为了增强其抗噪性从而提高定位精度,提出了一种利用几何特征以降低噪声干扰的中心定位算法。首先将自适应阈值分割法与质心法相结合,对点目标进行圆心粗定位。利用粗定位的圆心... 视觉测量系统中圆形标志点中心定位的精度易受噪声的影响。为了增强其抗噪性从而提高定位精度,提出了一种利用几何特征以降低噪声干扰的中心定位算法。首先将自适应阈值分割法与质心法相结合,对点目标进行圆心粗定位。利用粗定位的圆心和半径对Canny算子检测到的边缘进行半径约束,以消除孤立点和噪声点。然后根据理想的圆成像后边缘点分布的几何特征和链接规律,采用一种基于分区原理的方法获取点目标的理想边缘。最后,采用Zernike正交矩对像素级边缘点进行亚像素定位,并用最小二乘椭圆拟合法计算得到中心坐标。实验结果表明,该方法的定位精度可以达到0.023 7pixel,算法的运行时间为2~3ms,基本满足测量系统对于圆形标志点中心定位在精度、稳定性和实时性上的要求。 展开更多
关键词 视觉测量 边缘检测 几何特征 ZERNIKE矩 椭圆拟合
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DLR/HIT仿人机器人灵巧手的设计 被引量:7
14
作者 刘伊威 金明河 《机械制造》 2006年第11期32-35,共4页
基于对人手结构及功能的分析,提出了仿人机器人灵巧手的设计依据,并以此为目标设计了DLR/HIT仿人机器人灵巧手。DLR/HIT手具有与人手相似的自由度配置,共有13个自由度,具有4个相同结构的手指,每个手指具有3个自由度,拇指另有一个张开/... 基于对人手结构及功能的分析,提出了仿人机器人灵巧手的设计依据,并以此为目标设计了DLR/HIT仿人机器人灵巧手。DLR/HIT手具有与人手相似的自由度配置,共有13个自由度,具有4个相同结构的手指,每个手指具有3个自由度,拇指另有一个张开/闭合的自由度,包括位置、力/力矩、温度等多种感知功能以及高速实时控制器的设计,这些功能赋予了DLR/HIT手更强的操作能力。通过抓握仿真,证明DLR/HIT手能够在一定范围内实现人手的抓握操作。 展开更多
关键词 仿人灵巧手 手指 抓握 传感器
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机器人灵巧手基关节交叉耦合同步控制 被引量:11
15
作者 兰天 刘伊威 +4 位作者 陈养彬 金明河 姜力 樊绍巍 刘宏 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2010年第2期150-156,165,共8页
为了提高机器人灵巧手基关节的轨迹跟踪精度,提出了包含同步误差和位置误差反馈项及平滑鲁棒非线性反馈补偿项的交叉耦合同步控制策略,并建立了手指动力学模型.基于李亚普诺夫稳定性理论证明了所提出的控制策略能够使同步误差和位置误... 为了提高机器人灵巧手基关节的轨迹跟踪精度,提出了包含同步误差和位置误差反馈项及平滑鲁棒非线性反馈补偿项的交叉耦合同步控制策略,并建立了手指动力学模型.基于李亚普诺夫稳定性理论证明了所提出的控制策略能够使同步误差和位置误差均收敛到0,并且保证了系统的渐近稳定性.与传统非同步控制的PD加摩擦力补偿算法和轨迹跟踪控制算法进行比较,实验结果验证了所提出控制策略的有效性. 展开更多
关键词 机器人灵巧手 交叉耦合控制 同步控制 轨迹跟踪
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基于微处理器的CCD驱动逻辑产生方法 被引量:9
16
作者 金明河 赵杰 蒋明 《电子技术应用》 北大核心 1999年第2期22-23,共2页
分析了几种常用的CCD驱动时序产生方法及其优缺点,并着重介绍了利用高性能微处理器产生CCD驱动时序的具体实现及其特点。
关键词 CCD 微处理器 驱动时序产生
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基于NIOS软核处理器的直流无刷电机控制系统设计 被引量:7
17
作者 魏然 金明河 +2 位作者 刘伊威 谢宗武 刘宏 《电气传动》 北大核心 2005年第8期19-21,共3页
介绍了一种新型的基于NIOS软核处理器的直流无刷电机控制系统及设计方法。该系统采用FPGA作为核心器件,极大减少了分离元件的使用,充分利用NIOS处理器集成度高、灵活性强、实时控制的特点在片内实现电机控制逻辑,因此系统具有极大的灵... 介绍了一种新型的基于NIOS软核处理器的直流无刷电机控制系统及设计方法。该系统采用FPGA作为核心器件,极大减少了分离元件的使用,充分利用NIOS处理器集成度高、灵活性强、实时控制的特点在片内实现电机控制逻辑,因此系统具有极大的灵活性、扩展性和通用性,抗干扰能力强、且系统本身结构紧凑,已成功应用于机器人仿人灵巧手手指中。 展开更多
关键词 直流无刷电机 控制系统 系统设计 NIOS 软核处理器
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Adaptive Impedance-controlled Manipulator Based on Collision Detection 被引量:11
18
作者 黄剑斌 谢宗武 +2 位作者 金明河 蒋再男 刘宏 《Chinese Journal of Aeronautics》 SCIE EI CAS CSCD 2009年第1期105-112,共8页
This article provides a flexible-joint-manipulator,which incorporates with three means to make its mechanical arm come into compliant contact with the objects with a force kept within an acceptable range. At first,the... This article provides a flexible-joint-manipulator,which incorporates with three means to make its mechanical arm come into compliant contact with the objects with a force kept within an acceptable range. At first,the Cartesian impedance control law is introduced on the basis of virtual decomposition to realize the compliance control. Then,adaptive dynamic joint compensators on all joints are used to achieve more precise control. Finally,a Cartesian force-feedback path generation is developed for collision ... 展开更多
关键词 flexible manipulators impedance control collision avoidance adaptive control systems trajectories safety systems
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采用Si9979的无刷直流电动机驱动电路设计 被引量:7
19
作者 何平 金明河 刘宏 《微特电机》 北大核心 2003年第3期32-34,共3页
介绍了一种新型的基于Si9979、FPGA和DSP的手指驱动系统。证明了由Si9979、比较电路、光耦隔离电路和MOSFET电动机驱动电路组成的四层无刷直流电动机驱动电路板可以满足驱动和空间要求。设计的R-C缓冲电路,很好地抑制电流方向快速切换... 介绍了一种新型的基于Si9979、FPGA和DSP的手指驱动系统。证明了由Si9979、比较电路、光耦隔离电路和MOSFET电动机驱动电路组成的四层无刷直流电动机驱动电路板可以满足驱动和空间要求。设计的R-C缓冲电路,很好地抑制电流方向快速切换时产生的瞬时电压,保证驱动系统的可靠性。 展开更多
关键词 无刷直流电动机 驱动电路 设计 Si9979 机器人
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多自由度仿人型假手设计 被引量:8
20
作者 赵大威 姜力 +2 位作者 黄海 金明河 刘宏 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第7期1067-1070,共4页
为了突破目前假手功能的局限,提高使用者的认可程度,设计了集成化的多自由度假手.它的手指设计采用了两种四连杆机构,基关节和中关节之间采用欠驱动连杆传动,能进行自适应抓取;中关节和远关节之间采用耦合连杆传动.手里有三个驱动电机,... 为了突破目前假手功能的局限,提高使用者的认可程度,设计了集成化的多自由度假手.它的手指设计采用了两种四连杆机构,基关节和中关节之间采用欠驱动连杆传动,能进行自适应抓取;中关节和远关节之间采用耦合连杆传动.手里有三个驱动电机,食指、拇指分别由一个电机驱动,其他三个手指由一个电机驱动.手指上安装了位置和力矩传感器.控制系统由两个DSP控制板组成,不仅实现了基于两路肌电信号的假手动作识别,并且可以进行手指的位置和力矩控制.抓取实验显示这个假手具有很高的抓取能力和灵巧性. 展开更多
关键词 假手 多自由度 欠驱动 EMG
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