欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械手及其抓取方法的研究.pdf

1、在人類環(huán)境中執(zhí)行抓取和操作任務(wù)是許多機(jī)器人應(yīng)用的必須功能，也是近年來(lái)機(jī)器人領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)上述功能對(duì)機(jī)器人末端執(zhí)行器的研究提出了諸多挑戰(zhàn)。與通用夾持器和全驅(qū)動(dòng)機(jī)械手等末端執(zhí)行器相比，欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械手（欠驅(qū)動(dòng)手）具有較好抓取性能和一定的操作性能，具有較好的研究和應(yīng)用價(jià)值。欠驅(qū)動(dòng)手的驅(qū)動(dòng)單元數(shù)小于自由度，這一特性使它只需使用簡(jiǎn)單的控制方法就能抓取形狀各異的物體，易于實(shí)現(xiàn)力量抓取。但這一特性也使它在建模分析、捏取和操作等問(wèn)題上存在著許多研究難

2、點(diǎn)，讓欠驅(qū)動(dòng)手在相關(guān)領(lǐng)域的研究進(jìn)展滯后于實(shí)際應(yīng)用的需求。本文針對(duì)在人類環(huán)境中執(zhí)行抓取和操作任務(wù)的挑戰(zhàn)，圍繞著欠驅(qū)動(dòng)手抓取能力分析、捏取和操作展開研究。
　　針對(duì)欠驅(qū)動(dòng)手抓取能力分析中的計(jì)算復(fù)雜度問(wèn)題，提出了基于物體初始位置允差的抓取能力分析方法。采用互補(bǔ)法建立抓取模型來(lái)描述物體與支撐面及欠驅(qū)動(dòng)手之間的相互作用。以此為基礎(chǔ)，引入物體及其初始位置在實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)的概率模型，定義基于物體初始位置允差的抓取能力評(píng)價(jià)指標(biāo)，采用該指標(biāo)可以設(shè)計(jì)

3、具有明確物理意義的剪枝方法，控制抓取能力分析的計(jì)算復(fù)雜度。最后，采用上述抓取能力分析方法，針對(duì)3指節(jié)-2指欠驅(qū)動(dòng)手，進(jìn)行了參數(shù)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究。
　　針對(duì)物體初始位置不確定性對(duì)欠驅(qū)動(dòng)手執(zhí)行捏取任務(wù)的影響，提出了基于接觸檢測(cè)和物體初始位置允差的抓取策略。通過(guò)基于接觸檢測(cè)的抓取控制，消除抓取過(guò)程中的物體非預(yù)期運(yùn)動(dòng)；同時(shí)采用物體初始位置允差作為抓取軌跡規(guī)劃的目標(biāo)函數(shù)，提高對(duì)物體初始位置不確定性的適應(yīng)能力。在此基礎(chǔ)上，針對(duì)接觸檢測(cè)中的參

4、考模型不確定性問(wèn)題和信號(hào)噪聲問(wèn)題，采用高斯過(guò)程回歸逼近參考模型和信號(hào)噪聲，提高接觸檢測(cè)的靈敏度和準(zhǔn)確性。在仿人欠驅(qū)動(dòng)手iCub Hand上進(jìn)行了抓取實(shí)驗(yàn)研究。與iCub Hand標(biāo)準(zhǔn)抓取控制器的對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文提出的抓取策略對(duì)物體初始位置不確定性具有更好的適應(yīng)能力。
　　針對(duì)欠驅(qū)動(dòng)手操作模型容易發(fā)生模型失配的問(wèn)題，提出了基于高斯過(guò)程回歸的增強(qiáng)單步預(yù)測(cè)控制并應(yīng)用于欠驅(qū)動(dòng)手操作的研究。采用高斯過(guò)程回歸來(lái)逼近和補(bǔ)償操作模型的殘差，