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欠驱动机器人的最优轨道生成与实现 被引量：15
1
作者 栾楠 明爱国 +1 位作者 赵锡芳 陈建平 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2002年第10期1422-1425,1434,共5页
提出了一种基于学习的动力学前馈方法 ,解决了欠驱动系统由于系统不完全可控造成的反馈控制失效、运动轨道难以实现的问题 .在此基础上提出了学习 -优化交替式最优运动轨道生成方法 ,该方法将轨道优化与学习控制相结合 ,所生成轨道可以... 提出了一种基于学习的动力学前馈方法 ,解决了欠驱动系统由于系统不完全可控造成的反馈控制失效、运动轨道难以实现的问题 .在此基础上提出了学习 -优化交替式最优运动轨道生成方法 ,该方法将轨道优化与学习控制相结合 ,所生成轨道可以在欠驱动机器人上实际操作 .对一台实际的欠驱动机器人实现了最优轨道生成 ,并进行了动作实验 。 展开更多
关键词 欠驱动机器 最优轨道生成 欠驱动系统 非驱动关节 学习控制 轨道优化 前馈控制
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欠驱动机器人研究综述 被引量：20
2
作者 陈炜 余跃庆 张绪平 《机械设计与研究》 CSCD 北大核心 2005年第4期22-26,共5页
欠驱动机器人是指控制输入小于系统自由度的机器人,具有重量轻、成本低、能耗低等众多优点,目前已引起学者们的广泛关注。重点介绍了欠驱动机械臂在动力学建模、动力学特性、可控性分析、轨迹控制和系统的稳定性、鲁棒性研究等方面的发... 欠驱动机器人是指控制输入小于系统自由度的机器人,具有重量轻、成本低、能耗低等众多优点,目前已引起学者们的广泛关注。重点介绍了欠驱动机械臂在动力学建模、动力学特性、可控性分析、轨迹控制和系统的稳定性、鲁棒性研究等方面的发展现状,并对欠驱动机器人的研究方向进行了展望。 展开更多
关键词 欠驱动机器人 动力学控制
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欠驱动柔性机器人的动力学建模与耦合特性 被引量：17
3
作者 陈炜 余跃庆 +1 位作者 张绪平 苏丽颖 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第6期16-23,共8页
运用有限元法,建立具有柔性杆的欠驱动机器人的动力学一般模型。以此模型为基础,分析系统的主动与被动关节的加速度耦合和被动关节与驱动力矩的动力学耦合效应,并针对欠驱动柔性机器人,提出柔性杆弹性变形分别与主动关节、被动关节动力... 运用有限元法,建立具有柔性杆的欠驱动机器人的动力学一般模型。以此模型为基础,分析系统的主动与被动关节的加速度耦合和被动关节与驱动力矩的动力学耦合效应,并针对欠驱动柔性机器人,提出柔性杆弹性变形分别与主动关节、被动关节动力学耦合的新指标。将欠驱动柔性机器人的被动关节加速度耦合和力矩耦合仿真结果与刚性系统相比较,在某个驱动器位置,柔性系统得到较大的耦合值,说明此时柔性系统更加有利于能量的传递,体现了杆件的弹性变形对系统动力学特性的影响。同时,数值仿真还表明这些动力学耦合指标对欠驱动机器人的结构设计、位形设计、驱动装置位置及系统控制都具有重要意义。 展开更多
关键词 欠驱动机器人 柔性 动力学 建模 耦合
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Pendubot的基于能量的非线性控制 被引量：10
4
作者 傅雪冬 裴海龙 吴国钊 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2000年第6期451-456,共6页
本文将以二连杆欠驱动机器人 Pendubot的非线性控制为例 ,在基于能量的基础上提出两种控制器的设计方法将系统上摆至竖立位置 ,并利用一种改进的
关键词 平衡控制 非线性控制 二连杆欠驱动机器人
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基于模糊控制的2R欠驱动机器人位置控制 被引量：12
5
作者 方道星 余跃庆 陈炜 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第1期144-149,154,共7页
基于模糊控制理论,研究2R欠驱动机器人关节的位置控制问题。在被动关节附加电磁制动器以控制关节间的耦合状态。根据电磁制动器的工作状态,将欠驱动机器人的位置控制分为两个阶段。第一阶段,制动器解锁,利用被动关节加速度与驱动关节转... 基于模糊控制理论,研究2R欠驱动机器人关节的位置控制问题。在被动关节附加电磁制动器以控制关节间的耦合状态。根据电磁制动器的工作状态,将欠驱动机器人的位置控制分为两个阶段。第一阶段,制动器解锁,利用被动关节加速度与驱动关节转矩间的动力学耦合效应,间接控制被动关节沿预定轨迹运动到预定位置,同时总结模糊控制规则,设计用于控制被动关节运动的模糊控制器。第二阶段,制动器锁定,然后驱动关节运动到预定位置。设计并搭建了基于可编程多轴运动控制卡的试验控制系统。最后通过试验成功实现2R欠驱动机器人关节的位置控制。试验数据表明,模糊控制方法对于机器人被动关节具有较高的位置控制精度,鲁棒性良好,并且不依赖于机器人动力学模型,实时控制的计算量小,体现出智能控制的优越性。 展开更多
关键词 欠驱动机器人 模糊控制 位置控制 控制系统
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基于微分几何的欠驱动机器人动力学建模和控制 被引量：9
6
作者 邓秀娟 陆震 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第10期132-136,共5页
应用位形流形最小嵌入模型,对带有二阶非完整约束的欠驱动机器人动力学建模和控制进行研究。采用位形流形最小嵌入模型。简化了动力学方程。为欠驱动机器人动力学建模和控制的进一步研究奠定了基础。首先用一个齐次线性方程组表示被动... 应用位形流形最小嵌入模型,对带有二阶非完整约束的欠驱动机器人动力学建模和控制进行研究。采用位形流形最小嵌入模型。简化了动力学方程。为欠驱动机器人动力学建模和控制的进一步研究奠定了基础。首先用一个齐次线性方程组表示被动关节的存在,给出基于嵌入模型的动力学方程解的结构。通过引入计算转矩控制法,给出另一个和主动关节及控制输入有关的齐次线性方程组,分析控制输入和这两个方程组解之间的关系,得到一个与控制输入及这两个方程组的解相关的欠定线性方程组,求解该欠定线性方程组,得到欠驱动机器人改进的动力学方程,进而可以运用全驱动机器人控制法来实现最小嵌入模型的控制,解决了由全驱动机器人控制法实现欠驱动机器人关节空间控制的问题。最后以平面二杆欠驱动机器人为例,验证了所得理论的可行性和有效性。 展开更多
关键词 位形流形 最小嵌入模型 欠驱动机器人 动力学方程
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欠驱动两杆机器人的统一控制策略和全局稳定性分析 被引量：9
7
作者 赖旭芝 吴敏 +1 位作者 佘锦华 YANG Simon X. 《自动化学报》 EI CSCD 北大核心 2008年第1期55-63,共9页
针对包括Acrobot和Pendubot在内的欠驱动两杆机器人,提出了一种统一的运动控制策略.欠驱动两杆机器人的整个运动空间分为两个区域:摇起区和平衡区,并对这两个区域分别设计控制律.首先,在摇起区,应用一种基于弱控制Lyapunov函数(Weak-con... 针对包括Acrobot和Pendubot在内的欠驱动两杆机器人,提出了一种统一的运动控制策略.欠驱动两杆机器人的整个运动空间分为两个区域:摇起区和平衡区,并对这两个区域分别设计控制律.首先,在摇起区,应用一种基于弱控制Lyapunov函数(Weak-control Lyapunov function,WCLF)的控制方法,来增加系统能量和控制驱动杆的姿势.其次,为了避免奇异值的出现,选择弱控制Lyapunov函数中的一个参数为系统状态空间的非线性函数.然后,通过系统状态调节基于弱控制Lyapunov函数的控制律中的另一个设计参数,来改进系统控制效果.使用弱控制Lyapunov设计的摇起区控制律,可基于最大不变集原理保证其稳定性;而机器人离开摇起区后,利用非光滑Lyapunov函数(Non-smooth Lyapunov function,NSLF)来保证其稳定.最后,结合WCLF和NSLF保证了控制系统的全局稳定. 展开更多
关键词 非光滑Lyapunov 函数 稳定性 欠驱动机器人 全局稳定
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一类二阶非完整系统的镇定 被引量：6
8
作者 马保离 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第4期565-568,共4页
研究一类二阶非完整系统的镇定问题。通过状态和输入反馈变换将系统模型转换为二阶链式标准型,并对标准型给出一种时变光滑指数镇定控制律。所得结果应用于欠驱动平面刚体的镇定。
关键词 二阶非完整系统 镇定 反馈控制律 欠驱动机器人系统 路径规划算法
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欠驱动机器人的切换姿态优化及全局稳定控制 被引量：8
9
作者 薛方正 厚之成 +1 位作者 李秀敏 李楠 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第5期1035-1040,共6页
讨论了欠驱动两杆机器人控制中存在的控制器切换问题并将其归纳为一类优化问题,提出了一种优化切换姿态并保证全局稳定的控制器设计方案。在系统全局稳定的条件下,将对欠驱动关节的控制能力作为优化目标。采用基于弱控制Lya-punov函数... 讨论了欠驱动两杆机器人控制中存在的控制器切换问题并将其归纳为一类优化问题,提出了一种优化切换姿态并保证全局稳定的控制器设计方案。在系统全局稳定的条件下,将对欠驱动关节的控制能力作为优化目标。采用基于弱控制Lya-punov函数的方法设计摆起控制器;利用线性二次调节器(linear quadratic regulator,LQR)方法设计平衡控制器;使用控制器切换环节实现控制器的最优切换,其中控制器切换环节的设计借助平衡控制器吸引域的概念和遗传算法来实现。仿真实验中,应用该方法得到的控制器不仅能实现控制目标,还能使系统具有更强的抗干扰能力,并缩短18.8%的控制时间。 展开更多
关键词 欠驱动机器人 LYAPUNOV函数 控制器切换环节 全局稳定
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平面4自由度欠驱动机器人的位置和姿态控制 被引量：9
10
作者 余跃庆 梁浩 张卓 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第13期203-211,共9页
基于模糊控制理论,研究水平运动的4自由度欠驱动机器人位置和姿态控制问题。平面4自由度欠驱动机器人是具有冗余度和欠驱动双重特征的复杂二阶非完整系统,利用主动关节和被动关节加速度之间的耦合作用控制被动关节的运动,同时实现机械... 基于模糊控制理论,研究水平运动的4自由度欠驱动机器人位置和姿态控制问题。平面4自由度欠驱动机器人是具有冗余度和欠驱动双重特征的复杂二阶非完整系统,利用主动关节和被动关节加速度之间的耦合作用控制被动关节的运动,同时实现机械臂末端的轨迹跟踪和末杆的姿态控制。根据分层控制思想,提出双模态模糊PID复合控制算法,针对两个子任务分别设计控制器。通过Matlab和ADAMS的联合仿真验证算法的有效性,在基于可编程多轴运动控制卡的试验台上实现平面4自由度欠驱动机器人的位置和姿态控制试验。仿真和试验结果表明,所设计的模糊PID复合控制器对平面4自由度欠驱动机器人末杆的位置和姿态控制是可行、有效的。 展开更多
关键词 欠驱动机器人 4自由度 位置和姿态控制 模糊控制
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欠驱动异构式下肢康复机器人动力学分析及参数优化 被引量：8
11
作者 李伟达 李娟 +5 位作者 李想 张虹淼 顾洪 史逸鹏 张浩杰 孙立宁 《浙江大学学报（工学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第2期222-228,共7页
针对现有外骨骼机器人人机自由度不匹配和关节对中性差的问题,提出欠驱动下肢康复机器人.欠驱动机器人只有4个直线驱动,驱动的直线运动通过推杆和人机连接机构转化为人下肢在矢状面内的屈伸运动,带动人体进行步态康复训练.建立机器人系... 针对现有外骨骼机器人人机自由度不匹配和关节对中性差的问题,提出欠驱动下肢康复机器人.欠驱动机器人只有4个直线驱动,驱动的直线运动通过推杆和人机连接机构转化为人下肢在矢状面内的屈伸运动,带动人体进行步态康复训练.建立机器人系统的人机耦合模型,进行模型的动力学分析,对人机耦合模型中影响动力学结果的参数进行分析,建立驱动力与肢体推动力之间的关系模型,并以推力系数最大为目标进行参数分析与优化,得到最佳的结构参数.根据优化后的结构参数搭建康复机器人实验系统,对髋、膝关节驱动力与角度进行对比.实验结果表明最大髋关节角度误差为2.9°,最大膝关节角度误差为6.4°,最大误差均约为9%,验证了动力学模型和参数优化结果的正确性. 展开更多
关键词 下肢康复机器人 异构式构型 欠驱动机器人 动力学分析 参数优化
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欠驱动机器人最优运动轨迹生成与跟踪控制 被引量：7
12
作者 刘庆波 余跃庆 苏丽颖 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第12期15-21,28,共8页
以被动关节自由的欠驱动机器人为研究对象,对其最优运动规划与轨迹跟踪控制问题进行研究,控制目标为实现欠驱动机器人关节的任意位置控制。对欠驱动机器人系统的可控性条件进行分析,提出部分稳定规划器的思想,利用遗传算法对建立的适应... 以被动关节自由的欠驱动机器人为研究对象,对其最优运动规划与轨迹跟踪控制问题进行研究,控制目标为实现欠驱动机器人关节的任意位置控制。对欠驱动机器人系统的可控性条件进行分析,提出部分稳定规划器的思想,利用遗传算法对建立的适应度函数进行全局优化,得到部分稳定规划器的最优切换顺序。利用变结构控制方法进行反馈控制,实现了期望轨迹的精确跟踪。提出的方法一方面利用遗传算法的全局搜索能力,不必考虑机器人的严格线性化,能够快速、准确地实现路径寻优,且具有很好的稳定性;另一方面采用的变结构控制方法能够对系统干扰及参数变化具有良好的自适应性,因此本方法可以很容易推广到多自由度欠驱动机器人系统控制当中。通过末关节为被动关节的平面3自由度机器人进行仿真,仿真结果证明了方法的有效性。 展开更多
关键词 欠驱动机器人 可控性 运动规划 轨迹跟踪 遗传算法 变结构控制
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基于平面约束的欠驱动爬壁机器人手眼标定方法 被引量：6
13
作者 刘佳君 孙振国 +1 位作者 张文增 陈强 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2015年第3期271-276,285,共7页
欠驱动机器人因难以像全主动关节机器人一样形成多种空间位姿,故无法直接使用经典的手眼标定方法.为解决这一问题,本文建立了其数学模型,并提出了一种基于平面约束的手眼标定方法.在该方法中,末端执行器的运动被约束于3维空间内的已知... 欠驱动机器人因难以像全主动关节机器人一样形成多种空间位姿,故无法直接使用经典的手眼标定方法.为解决这一问题,本文建立了其数学模型,并提出了一种基于平面约束的手眼标定方法.在该方法中,末端执行器的运动被约束于3维空间内的已知平面上,手眼标定的姿态矩阵和平移向量分别通过纯平移与纯旋转运动模式,结合对应的标定图像进行解耦求解.蒙特卡洛仿真实验结果表明,该标定算法有效、准确,且对噪声具有较好的鲁棒性.在所开发的欠驱动爬壁机器人上进行的实际试验中,定位误差被控制在1.5 mm以内.结果表明该标定方法简便易行,精度满足要求. 展开更多
关键词 机器视觉 欠驱动机器人 手眼标定 平面约束
原文传递
欠驱动机器人系统稳定性与跟踪控制研究
14
作者 崔宝影 程权成 《三门峡职业技术学院学报》 2024年第2期129-133,共5页
欠驱动两自由度机器人Pendubot因其高度非线性和强耦合性,成为欠驱动机器人的研究热点,通常用于研究及验证非线性控制算法。根据Pendubot的机械结构及工作原理建立动力学模型,以该模型作为研究对象设计了PID鲁棒控制器,利用Lyapunov函... 欠驱动两自由度机器人Pendubot因其高度非线性和强耦合性,成为欠驱动机器人的研究热点,通常用于研究及验证非线性控制算法。根据Pendubot的机械结构及工作原理建立动力学模型,以该模型作为研究对象设计了PID鲁棒控制器,利用Lyapunov函数证明了系统的稳定性,利用MATLAB/simulink进行仿真,仿真结果表明基于PID控制器设计的Pendubot机器人系统,其驱动关节和欠驱动关节能够很好地跟踪理想位置曲线和理想速度曲线,具有良好的跟踪性能。 展开更多
关键词 欠驱动机器人 Pendubot系统 PID鲁棒控制 LYAPUNOV函数
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基于模糊控制的3R欠驱动机器人轨迹跟踪研究 被引量：5
15
作者 梁浩 余跃庆 《组合机床与自动化加工技术》 北大核心 2015年第5期91-94,103,共5页
对水平运动的3R欠驱动机器人轨迹跟踪控制问题进行了研究。设计了Mamdani型模糊控制器和一种复合型Fuzzy-PID控制器,利用主、被动关节的动力学耦合规律实现对末端点的轨迹跟踪控制。复合控制器设有两个模态,当误差大于所设阀值时采用Mam... 对水平运动的3R欠驱动机器人轨迹跟踪控制问题进行了研究。设计了Mamdani型模糊控制器和一种复合型Fuzzy-PID控制器,利用主、被动关节的动力学耦合规律实现对末端点的轨迹跟踪控制。复合控制器设有两个模态,当误差大于所设阀值时采用Mamdani型模糊控制以获得较高的瞬态性能,当误差小于所设阀值时采用PID控制以获得较高的稳态性能。在ADAMS中建立欠驱动机器人的虚拟样机模型,在MATLAB中建立复合型模糊控制系统,通过二者的联合仿真进行验证。结果表明:和Mamdani型模糊控制相比,复合型Fuzzy-PID控制器消除了系统的稳态误差,提高了轨迹跟踪的控制精度。 展开更多
关键词 欠驱动机器人 动力学耦合 FUZZY-PID控制 轨迹跟踪
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欠驱动两指多指杆机器人手的操作过程与抓力分析 被引量：3
16
作者 叶军 张新华 《机械设计与研究》 CSCD 2001年第3期24-25,共2页
欠驱动两指多指杆机器人手仅用一台驱动电机就能以直指或曲指方式履行各种工业操作任务。文中描述了欠驱动两指多指杆手的操作过程与手指的抓力分析 ,并对手指抓力作了动态仿真。与现有的欠驱动机器人手相比 ,这种多指杆机器人手的结构... 欠驱动两指多指杆机器人手仅用一台驱动电机就能以直指或曲指方式履行各种工业操作任务。文中描述了欠驱动两指多指杆手的操作过程与手指的抓力分析 ,并对手指抓力作了动态仿真。与现有的欠驱动机器人手相比 ,这种多指杆机器人手的结构更为简单紧凑 ,且能减少控制的复杂性、重量和成本 。 展开更多
关键词 欠驱动机器人手 两指多指杆手 操作过程 抓力分析
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水平运动的三自由度欠驱动机器人的位置控制 被引量：3
17
作者 任志全 余跃庆 周军 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2010年第6期741-748,共8页
以水平运动的三自由度欠驱动机器人为研究对象,对其位置控制问题进行研究.基于分层控制思想提出一种模糊控制系统,将欠驱动机器人末端位置控制问题进行分解,末端位置由主动关节的旋转与被动关节的伸展或收缩组成.第1关节按照规划的曲线... 以水平运动的三自由度欠驱动机器人为研究对象,对其位置控制问题进行研究.基于分层控制思想提出一种模糊控制系统,将欠驱动机器人末端位置控制问题进行分解,末端位置由主动关节的旋转与被动关节的伸展或收缩组成.第1关节按照规划的曲线运动,第2关节和第3关节通过动力学耦合作用运动到期望位置.主动关节2的控制力矩或控制电压通过对模糊逻辑控制器的输出量进行加权求和得到.采用该控制原理,通过数值仿真和实验实现了3R欠驱动机器人在操作空间中末端点到点的位置控制. 展开更多
关键词 欠驱动机器人 位置控制 模糊理论 摩擦 动力学耦合
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2R平面欠驱动机器人轨迹控制研究 被引量：3
18
作者 方道星 余跃庆 +1 位作者 周刚 丁立 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第9期1016-1021,共6页
针对2R平面欠驱动机器人的轨迹控制问题,提出了基于模糊理论的智能控制方法。相比于目前的控制方法,模糊控制不依赖于机器人动力学模型,实时计算量小,鲁棒性良好。搭建了2R欠驱动机器人试验装置及其控制系统,完成了机器人末端多种轨迹... 针对2R平面欠驱动机器人的轨迹控制问题,提出了基于模糊理论的智能控制方法。相比于目前的控制方法,模糊控制不依赖于机器人动力学模型,实时计算量小,鲁棒性良好。搭建了2R欠驱动机器人试验装置及其控制系统,完成了机器人末端多种轨迹的跟踪试验。试验结果显示该方法具有较高的控制精度与优良的鲁棒特性。 展开更多
关键词 欠驱动机器人 非完整约束 模糊控制 轨迹跟踪
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欠驱动两指多指杆机器人手及其运动学分析 被引量：3
19
作者 叶军 《机械设计》 CSCD 北大核心 2001年第11期14-15,共2页
在许多工业应用中 ,常要求机器人手结构简单、操作灵巧、控制容易 ,且具有较高的操作适应性。研制的欠驱动两指多指杆机器人手 ,仅用一台驱动电机就能以直指或曲指方式履行各种工业操作任务。在此描述了欠驱动两指多指杆手的结构、工作... 在许多工业应用中 ,常要求机器人手结构简单、操作灵巧、控制容易 ,且具有较高的操作适应性。研制的欠驱动两指多指杆机器人手 ,仅用一台驱动电机就能以直指或曲指方式履行各种工业操作任务。在此描述了欠驱动两指多指杆手的结构、工作原理与手指运动学分析 ,与现有的欠驱动机器人手相比 ,这种多指杆机器人手的结构更为简单紧凑 ,且能减少控制的复杂性、重量和成本 ,并能实现多功能地抓取不同物体的能力。 展开更多
关键词 欠驱动机器人手 两指多指杆手 运动学分析
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一种欠驱动电动型两指多指节机器人手 被引量：1
20
作者 叶军 裴文 《机械》 2001年第5期51-52,共2页
在许多工业应用中 ,常要求机器人手结构简单 ,操作灵巧 ,控制容易 ,且具有较高的操作适应性。开发的欠驱动两指多指节机器人手仅用一台驱动电机就能以直指或曲指方式履行各种工业操作任务。文中描述了欠驱动两指多指节手的结构、工作原... 在许多工业应用中 ,常要求机器人手结构简单 ,操作灵巧 ,控制容易 ,且具有较高的操作适应性。开发的欠驱动两指多指节机器人手仅用一台驱动电机就能以直指或曲指方式履行各种工业操作任务。文中描述了欠驱动两指多指节手的结构、工作原理与手指位移分析 ,与现有的欠驱动机器人手相比 ,这种多指节机器人手的结构更为简单紧凑 ,且能减少控制的复杂性、重量和成本 。 展开更多
关键词 欠驱动机器人手 两指多指节手 位移分析
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