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机器人灵巧手柔性关节自适应阻抗控制 被引量:13
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作者 樊绍巍 宗华 +1 位作者 邱景辉 陈兆芃 《电机与控制学报》 EI CSCD 北大核心 2012年第12期78-86,共9页
针对具有柔性关节的HIT/DLR Ⅱ五指仿人机器人灵巧手,研究了基于关节力矩反馈和非线性补偿的关节空间和笛卡尔空间阻抗控制。通过建立柔性关节机器人灵巧手的控制模型,在HIT/DLR Ⅱ型灵巧手上实现基于无源性控制的柔性关节机器人阻抗控... 针对具有柔性关节的HIT/DLR Ⅱ五指仿人机器人灵巧手,研究了基于关节力矩反馈和非线性补偿的关节空间和笛卡尔空间阻抗控制。通过建立柔性关节机器人灵巧手的控制模型,在HIT/DLR Ⅱ型灵巧手上实现基于无源性控制的柔性关节机器人阻抗控制策略。针对非线性摩擦力和重力对灵巧手阻抗控制的影响,基于扩展卡尔曼滤波器提出了自适应摩擦力观测器,实现了具有摩擦力补偿和基于最小二乘法优化重力补偿的机器人灵巧手自适应阻抗控制。实验结果表明,在具有谐波减速器等柔性环节的机器人灵巧手中,所提出的自适应阻抗控制器提高了位置控制的精确度,并获得了稳定的抓取力。 展开更多
关键词 机器人灵巧手 阻抗控制 摩擦力观测器 卡尔曼滤波器 柔性关节
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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
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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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DLR/HIT Ⅱ灵巧手控制系统及基关节同步控制 被引量:8
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作者 兰天 刘伊威 +3 位作者 金明河 姜力 樊绍巍 刘宏 《电机与控制学报》 EI CSCD 北大核心 2009年第4期608-614,共7页
针对多传感器、多自由度机器人灵巧手,开发了基于DSP&FPGA的多层控制系统。将手指驱动控制系统和传感器系统集成在手指内部,使得与人手尺寸和活动性相似的DLR/HIT Ⅱ五指机器人灵巧手得以实现。对于手指基关节差分齿轮的运动协调问... 针对多传感器、多自由度机器人灵巧手,开发了基于DSP&FPGA的多层控制系统。将手指驱动控制系统和传感器系统集成在手指内部,使得与人手尺寸和活动性相似的DLR/HIT Ⅱ五指机器人灵巧手得以实现。对于手指基关节差分齿轮的运动协调问题,设计了包含速度和加速度前馈项、同步误差和位置误差反馈项以及平滑鲁棒非线性反馈补偿项的交叉耦合同步控制器,该控制器不需要精确的动力学模型。经与传统的非同步控制PD加摩擦力补偿控制和轨迹跟踪控制对比,实验验证了所设计的控制系统及交叉耦合同步控制器的有效性。 展开更多
关键词 机器人灵巧手 控制系统 同步控制 交叉耦合 轨迹跟踪
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DESIGN OF A NOVEL DEXTEROUS ROBOT HAND 被引量:4
4
作者 JiangLi LiuHong +3 位作者 XieZongwu JinMinghe GaoXiaohui HirzingerG 《Chinese Journal of Mechanical Engineering》 SCIE EI CAS CSCD 2004年第3期360-363,共4页
In the robotic community more and more hands are developed. Based on theexperience of HIT Hand and DLR Hand II, a smaller and easier manufactured dexterous robot hand withmultisen-sory function and high integration is... In the robotic community more and more hands are developed. Based on theexperience of HIT Hand and DLR Hand II, a smaller and easier manufactured dexterous robot hand withmultisen-sory function and high integration is jointly developed. The prototype of the hand issuccessfully built. It has 4 fingers in total 13-DOFs (degree of freedom). Each finger has 3-DOFsand 4 joints, the last 2 joints are mechanically coupled by means of four-bar linkage mechanism. Italso has an additional DOF to realize motion of the thumb relative to the palm. The fingertip forcecan reach up to 10 N. Full integration of mechanical body, actuation system, multisensory system andelectronics is a significant feature. DSP based control system is implemented in PCI busarchitecture and the serial communication between the hand and DSP needs only 2 lines. 展开更多
关键词 dexterous robot hand MULTISENSORY INTEGRATION Serial communication
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基于连杆力矩传感器动态补偿的机器人灵巧手笛卡儿阻抗控制 被引量:5
5
作者 张元飞 刘伊威 +1 位作者 金明河 刘宏 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2012年第1期22-31,共10页
为了对连杆空间力矩传感器进行动态补偿,提出了适用于求取串联机器人任意连杆中任意一点处所受的内力和内力矩的算法.该算法采用连杆假想截断原理利用牛顿-欧拉方程推导而出.推导过程综合考虑了串联机器人是否处于静态以及末端是否受外... 为了对连杆空间力矩传感器进行动态补偿,提出了适用于求取串联机器人任意连杆中任意一点处所受的内力和内力矩的算法.该算法采用连杆假想截断原理利用牛顿-欧拉方程推导而出.推导过程综合考虑了串联机器人是否处于静态以及末端是否受外力作用的情况,以及串联机器人的关节是否是回转关节的情况.然后利用该算法计算动态补偿值,构建了基于连杆力矩传感器动态补偿的笛卡儿阻抗控制器.最后在HIT/DLR Hand II五指灵巧手上进行了实验验证.实验结果一方面验证了该算法的有效性,另一方面也验证了本文所构建的笛卡儿阻抗控制器的有效性. 展开更多
关键词 机器人灵巧手 阻抗控制 动态补偿 触觉传感器
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基于方向可操作度的机器人灵巧手抓持优化研究 被引量:5
6
作者 裴九芳 陈玉 许德章 《机械设计》 CSCD 北大核心 2012年第4期12-16,51,共6页
以三指灵巧手的速度可操作性椭球和力可操作性椭球研究为基础,定义了机构的速度方向可操作度和力方向可操作度。在给定灵巧手操作位姿的条件下,以方向可操作度为目标函数,给出了灵巧手最佳传速方向和传力方向的优化方法。最后,以三指灵... 以三指灵巧手的速度可操作性椭球和力可操作性椭球研究为基础,定义了机构的速度方向可操作度和力方向可操作度。在给定灵巧手操作位姿的条件下,以方向可操作度为目标函数,给出了灵巧手最佳传速方向和传力方向的优化方法。最后,以三指灵巧手为算例进行演示,得出了灵巧手在给定位姿下的最佳传速方向和传力方向,为灵巧手的抓持规划提供了值得借鉴的方法。 展开更多
关键词 机器人灵巧手 可操作性椭球 方向可操作度 优化方法
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新型五指仿人型机器人灵巧手触觉传感器设计及其静态标定 被引量:4
7
作者 吴克 樊绍巍 +2 位作者 陈兆芃 刘宏 蔡鹤皋 《机械与电子》 2011年第7期69-72,共4页
介绍一种应用于HIT/DLR II五指仿人型机器人灵巧手的新型触觉传感器,并对该传感器的工作原理进行阐述.该触觉传感器基于压阻原理,具有高度集成和微型化的特点.该传感器采用了柔性结构设计,表面嵌入多个电极,传感器数据通过电极列阵进行... 介绍一种应用于HIT/DLR II五指仿人型机器人灵巧手的新型触觉传感器,并对该传感器的工作原理进行阐述.该触觉传感器基于压阻原理,具有高度集成和微型化的特点.该传感器采用了柔性结构设计,表面嵌入多个电极,传感器数据通过电极列阵进行扫描采集.最后,进行了传感器的静态标定实验,验证了传感器性能. 展开更多
关键词 机器人灵巧手 触觉传感器 压阻式 传感器标定
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基于灵巧手触觉信息的未知物体类人探索策略 被引量:4
8
作者 顾海巍 樊绍巍 +1 位作者 金明河 刘宏 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第10期1400-1407,共8页
为增强机器人对环境的适应性,基于对人类进行未知物体触觉探索时行为的观察和分析,提出一种适用于机器人灵巧手自主进行未知物体触觉探索的策略。机器人触觉探索过程被划分为顶面探索和侧面探索两个阶段。在顶面探索阶段,根据所得到的... 为增强机器人对环境的适应性,基于对人类进行未知物体触觉探索时行为的观察和分析,提出一种适用于机器人灵巧手自主进行未知物体触觉探索的策略。机器人触觉探索过程被划分为顶面探索和侧面探索两个阶段。在顶面探索阶段,根据所得到的触觉信息对物体的基本尺寸和姿态进行估计,并用包围盒近似物体;而在侧面探索阶段,依据分类判别不等式将物体按基本尺寸进行分类,对不同类别的物体设计不同的侧面探索策略,从而指导灵巧手对未知物体的信息进行采集。最后,在仿人机器人平台上完成了对未知物体的触觉探索实验。实验结果表明,应用所提出探索策略,机器人可以仅依靠触觉自主的探索未知物体并获取物体信息。 展开更多
关键词 机器人灵巧手 触觉传感器 行为观察 探索策略 触觉信息
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穿戴式光纤光栅指套仿生触压感知性能研究 被引量:2
9
作者 齐华 冯艳 +4 位作者 潘睿智 徐毛毛 王昊祥 张洪溥 张华 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第7期168-178,共11页
针对灵巧机器手的仿生触压感知功能,以光纤布拉格光栅作为信息传输和感知载体设计了可穿戴的触压感知指套。分别对指套的三种触压状态进行研究,选择触压位置1为垂直指尖,触压位置2为倾斜15°指尖,触压位置3为倾斜30°指腹。触... 针对灵巧机器手的仿生触压感知功能,以光纤布拉格光栅作为信息传输和感知载体设计了可穿戴的触压感知指套。分别对指套的三种触压状态进行研究,选择触压位置1为垂直指尖,触压位置2为倾斜15°指尖,触压位置3为倾斜30°指腹。触压感知特性分析和实验研究表明,在0~10 N的触压力范围内,该感知指套具有较好的灵敏度和线性度,在位置1、位置2、位置3的平均灵敏度分别为24.119 6 pm/N、10.338 3 pm/N、-1.580 7 pm/N,线性度都在99%以上,该指套能分辨出手指不同触压位置以及加载力(载荷)的大小。为进一步验证指套仿生触压感知性能,进行硬度辨别感知实验,提出了标准触压波深比作为硬度感知的量化表征参数。该传感指套可以感知出四种硬度硅胶,具有很好的重复性,重复性误差分别为3.82%、0.97%、0.51%、0.29%,为灵巧机器手触压感知的深入研究提供参考。 展开更多
关键词 光纤布拉格光栅 可穿戴指套 仿生触压感知 硬度感知量化表征 灵巧机器手
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机器人灵巧手微型直线驱动器的建模和滑模位置控制 被引量:2
10
作者 姜力 刘宏 蔡鹤皋 《高技术通讯》 EI CAS CSCD 2001年第5期85-87,94,共4页
报导了用于机器人多指灵巧手的精密微型直线驱动器 ,它体积小、输出力大。建立了该驱动器的数学模型 ,并且基于滑模变结构控制理论设计了微型直线驱动器的位置控制策略。实验结果证明 ,该控制方案具有良好的鲁棒性和快速性。
关键词 机器人灵巧手 滑模控制 直线驱动器 数学模型
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面向任务的机器人灵巧手控制系统及多指空间协调阻抗控制 被引量:2
11
作者 陈兆芃 金明河 +4 位作者 樊绍巍 刘伊威 吴克 姜力 刘宏 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第4期476-484,共9页
为提高多指灵巧手的控制和操作性能,提出了基于集中控制-分层处理的DLR/HIT II机器人灵巧手实时控制系统结构,并建立了基于Simulink/QNX的实时控制平台和嵌入式驱动控制层,极大地简化了高集成度机电一体化灵巧手的控制器设计过程,并实... 为提高多指灵巧手的控制和操作性能,提出了基于集中控制-分层处理的DLR/HIT II机器人灵巧手实时控制系统结构,并建立了基于Simulink/QNX的实时控制平台和嵌入式驱动控制层,极大地简化了高集成度机电一体化灵巧手的控制器设计过程,并实现灵巧手在多自由度仿机器人上的无缝连接.进行了多指灵巧手空间协调阻抗控制的研究,基于手指指尖位置建立了适用于任意手指数目n的机器人灵巧手物体空间坐标系,并基于六维空间虚拟弹簧的阻抗思想和关节力矩反馈实现了以被抓取物体位置和姿态为控制目标的多指灵巧手空间协调阻抗控制.在基于Simulink/QNX的实时控制平台上对DLR/HIT II灵巧手进行了空间协调阻抗控制实验,实验结果表明了灵巧手控制软硬件系统和控制策略的有效性和稳定性.在未降低灵巧手自由度的前提下,将DLR/HIT II多指灵巧手协调抓取操作的控制输入量由30个减为6个,为提高抓取规划算法效率提供了稳定高效的新型控制策略. 展开更多
关键词 多指灵巧手 实时控制系统 空间虚拟弹簧 阻抗控制
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YWZ灵巧手运动学分析和交互式仿真 被引量:2
12
作者 秦聪 杨文珍 +1 位作者 章华 邵明朝 《浙江理工大学学报(自然科学版)》 2012年第6期833-836,842,共5页
对一种多自由度的灵巧机械手进行了运动学分析以及交互式的运动学仿真。首先介绍了YWZ灵巧机械手的机械结构和自由度,然后通过D-H方法得出YWZ灵巧机械手的运动学方程,最后提出一种交互式的运动学仿真方法对YWZ灵巧机械手进行运动学仿真... 对一种多自由度的灵巧机械手进行了运动学分析以及交互式的运动学仿真。首先介绍了YWZ灵巧机械手的机械结构和自由度,然后通过D-H方法得出YWZ灵巧机械手的运动学方程,最后提出一种交互式的运动学仿真方法对YWZ灵巧机械手进行运动学仿真。仿真结果表明:交互式的灵巧机械手运动学仿真能在仿真过程中实时调整虚拟灵巧手各个关节的旋转方向、角度,优化抓取动作,不必反复设置运动学参数,提高了运动学仿真的效率,有利于灵巧手机械结构的设计和控制方案的改进,为灵巧手的研制和实际控制提供理论依据。 展开更多
关键词 灵巧机械手 运动学分析 运动学仿真 交互式
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基于FPGA的嵌入式系统在灵巧手中的应用
13
作者 陈兆芃 金明河 刘伊威 《哈尔滨商业大学学报(自然科学版)》 CAS 2008年第3期331-334,共4页
研究了一种基于FPGA和NIOSⅡ双核处理器结构的控制系统,这种系统在结构上更为紧凑的同时,性能更为完善,并将其应用在新一代仿人灵巧手中.系统将算法计算处理和通信任务处理使用两个NIOSⅡ软核分开处理,提高了系统性能,并实现了单个芯片... 研究了一种基于FPGA和NIOSⅡ双核处理器结构的控制系统,这种系统在结构上更为紧凑的同时,性能更为完善,并将其应用在新一代仿人灵巧手中.系统将算法计算处理和通信任务处理使用两个NIOSⅡ软核分开处理,提高了系统性能,并实现了单个芯片完成系统控制模块,多任务环境,以太网接口及TCP/IP协议栈,CAN、高速串行通信等功能. 展开更多
关键词 FPGA NIOSⅡ多处理器核 灵巧手 以太网
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模块化嵌入式五指机器人灵巧手手指控制系统
14
作者 兰天 刘伊威 +3 位作者 陈养彬 金明河 樊绍巍 刘宏 《吉林大学学报(工学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第2期517-522,共6页
为开发高度集成的五指机器人灵巧手,提出了采用DSP(Digital Signal Processor)+FPGA(Field Programmable Gate Array)控制结构的模块化嵌入式手指控制系统设计方法。实现了采用单电流传感器检测全桥控制下相电流及相电流过流双保护。为... 为开发高度集成的五指机器人灵巧手,提出了采用DSP(Digital Signal Processor)+FPGA(Field Programmable Gate Array)控制结构的模块化嵌入式手指控制系统设计方法。实现了采用单电流传感器检测全桥控制下相电流及相电流过流双保护。为解决手指DSP和FPGA之间如何稳定、高效通信的难题,结合先进先出FIFO(First In First Out)寄存器,设计了基于串行通信接口SCI(Serial Communications Interface)和RS485总线的多中断差分通信系统。实验证明,这种DSP+FPGA控制结构及模块化的设计,使得手指控制部分得以高度集成,同时DLR/HITII灵巧手获得很好的整体性能和稳定性。 展开更多
关键词 自动控制技术 机器人灵巧手 DSP+FPGA控制结构 相电流检测 多中断通信系统 多传感器
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绳驱动五指灵巧手的设计 被引量:1
15
作者 王超群 《上海电机学院学报》 2012年第5期301-305,共5页
通过研究人手的生理结构特点,模仿人手结构,应用欠驱动原理和适应性原理对五指灵巧手进行了初步设计。该灵巧手共有16个自由度,采用了绳驱动机构,具有结构简单、重量轻等优点。通过灵巧手模型的抓取实验,验证了其运动方式和抓取性能。
关键词 灵巧手 绳驱动 欠驱动 适应性 五指
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基于CAN总线的微型灵巧手指力传感器研究 被引量:1
16
作者 孙建 杨卫超 +4 位作者 邓小红 沈煌焕 朱旻 葛运建 余永 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2007年第11期2377-2381,共5页
设计一种用于多指灵巧手的实用微型三维指力传感器.该传感器采用类双E型膜片的高度集成式弹性体结构;对该指力传感器的弹性体结构、测量电路、上下位机软件和CAN总线通讯协议进行了设计,并对传感器标定数据进行分析;实验结果表明,该传... 设计一种用于多指灵巧手的实用微型三维指力传感器.该传感器采用类双E型膜片的高度集成式弹性体结构;对该指力传感器的弹性体结构、测量电路、上下位机软件和CAN总线通讯协议进行了设计,并对传感器标定数据进行分析;实验结果表明,该传感器设计理论和设计过程正确,并且具有一定的实用价值,为具有感知功能的机器人灵巧手的研究奠定了基础. 展开更多
关键词 指力传感器 双E型膜片 灵巧手 CAN总线
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五指仿人机器人灵巧手DLR/HIT Hand Ⅱ 被引量:32
17
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灵巧手传感器系统 被引量:1
18
作者 刘伊威 金明河 《机械与电子》 2010年第4期46-49,共4页
介绍了HIT/DLR多指灵巧手的传感器系统,基于DSP,FPGA及A/D转换芯片等,实现了手指传感器信息的数字化采集和传输,提高了传感器的信号质量及系统可靠性.在灵巧手的传感器系统中,着重介绍了指尖六维力/力矩传感器、关节位置传感器、关节力... 介绍了HIT/DLR多指灵巧手的传感器系统,基于DSP,FPGA及A/D转换芯片等,实现了手指传感器信息的数字化采集和传输,提高了传感器的信号质量及系统可靠性.在灵巧手的传感器系统中,着重介绍了指尖六维力/力矩传感器、关节位置传感器、关节力矩传感器及触觉传感器等. 展开更多
关键词 HIT/DLR 灵巧手 传感器
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HIT机器人灵巧手手指及其阻抗控制的研究 被引量:1
19
作者 刘义军 刘伊威 《机械制造》 2008年第7期5-8,共4页
手指对接触环境具有柔顺性是实现多指灵巧操作的关键,阻抗控制是实现机器人柔顺控制的主要方法之一。针对HIT灵巧手手指,阐述了其力/力矩传感器的设计,包括指尖六维力/力矩传感器和2个关节力矩传感器。利用指尖六维力/力矩传感器作为力... 手指对接触环境具有柔顺性是实现多指灵巧操作的关键,阻抗控制是实现机器人柔顺控制的主要方法之一。针对HIT灵巧手手指,阐述了其力/力矩传感器的设计,包括指尖六维力/力矩传感器和2个关节力矩传感器。利用指尖六维力/力矩传感器作为力反馈,实现了笛卡尔空间的阻抗控制。 展开更多
关键词 HIT灵巧手 力/力矩传感器 阻抗控制
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基于旋量理论的三指灵巧手工作空间研究 被引量:1
20
作者 裴九芳 许德章 王海 《安徽工程大学学报》 CAS 2020年第4期33-41,共9页
针对传统D-H(denalit-hartenber)参数法对机器人灵巧手运动学建模存在的复杂性及几何意义不明显等问题,基于旋量理论对Shadow三指灵巧手的各手指进行了正运动学分析;然后对各手指的工作空间和合成工作空间进行了研究,确定了手指指尖的... 针对传统D-H(denalit-hartenber)参数法对机器人灵巧手运动学建模存在的复杂性及几何意义不明显等问题,基于旋量理论对Shadow三指灵巧手的各手指进行了正运动学分析;然后对各手指的工作空间和合成工作空间进行了研究,确定了手指指尖的运动范围,从而确定了抓取目标的范围;最后分析了抓取空间点的分布概率,以便对抓取目标进行筛选,对抓取效果进行预判,为机器人灵巧手的后续抓取规划和操作提供理论基础。 展开更多
关键词 旋量理论 三指灵巧手 正运动学 工作空间
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