面向服務(wù)機器人的蜂巢氣動網(wǎng)絡(luò)軟體執(zhí)行器研究.pdf

1、在科技日益進步的今天，機器人也逐漸進入大眾的視野。在工業(yè)領(lǐng)域機器人已經(jīng)逐漸代替人類完成一些單調(diào)或危險的工作，在生活領(lǐng)域機器人也逐漸成為人類的助手提供一些服務(wù)或娛樂功能。但是在機器人技術(shù)發(fā)展的同時，性能的提升也遇到很多瓶頸，服務(wù)機器人的抓取問題就是其中之一。
　　本文以作者在實驗室工作五年所參與的可佳服務(wù)機器人和蜂巢氣動網(wǎng)絡(luò)軟體機器人研究為基礎(chǔ)，創(chuàng)新之處和貢獻主要集中于可佳服務(wù)機器人的設(shè)計以及軟體機器人和軟體夾持器的抓取研究。針對于

2、可佳服務(wù)機器人的設(shè)計，通過合理的功能分析和獨特的結(jié)構(gòu)設(shè)計，保證了其能夠簡單有效的完成家庭服務(wù)任務(wù)且具有足夠的魯棒性能。關(guān)于軟體機器人的研究主要集中在提出了一種新的基于蜂巢氣動網(wǎng)絡(luò)的軟體機器人驅(qū)動技術(shù)。關(guān)于軟體夾持器抓取的研究，主要是提出了一種適用于軟體夾持器的抓取策略，通過簡單的開環(huán)控制策略即可實現(xiàn)自適應(yīng)的抓取且保證了足夠高的抓取成功率，為解決服務(wù)機器人的抓取問題提供了一種新的解決思路。具體表現(xiàn)在如下三個方面。
　　第一方面是設(shè)計

3、制作了可佳服務(wù)機器人的硬件平臺。當前服務(wù)機器人結(jié)構(gòu)主要包含底盤驅(qū)動和操作平臺，部分機器人為了增加服務(wù)性能會有其他擴展結(jié)構(gòu)。現(xiàn)有底盤驅(qū)動主要以全向輪結(jié)構(gòu)為主，但是卻有結(jié)構(gòu)設(shè)計復雜和運動合成難度較大等問題。為了有效的解決服務(wù)機器人的設(shè)計制造和運動合成以及在家庭狹窄空間內(nèi)轉(zhuǎn)向等難題，同時結(jié)合可佳機器人的服務(wù)場景考慮和功能任務(wù)需求，提出了雙輪差動的底盤驅(qū)動方案。操作平臺設(shè)計為五自由度機械臂并配備末端夾持器。結(jié)合升降系統(tǒng)，保證了可佳服務(wù)機器人可以

4、在大范圍內(nèi)實現(xiàn)物體操縱，提高了其交互性能。
　　第二方面是提出了基于蜂巢氣動網(wǎng)絡(luò)的軟體機器人驅(qū)動技術(shù)。傳統(tǒng)機器人主要由硬質(zhì)多連桿結(jié)構(gòu)組成，通過在關(guān)節(jié)處的電機和減速機進行驅(qū)動。由于其結(jié)構(gòu)的剛性和電機的伺服特性，在與人交互或操作一些柔軟物體時難以進行隨動控制或柔性操作，因此其使用受到極大的限制。軟體機器人是近年來逐漸受到學者關(guān)注的新型機器人結(jié)構(gòu)。軟機器人一般由軟體材料制成，通過電壓、氣壓或環(huán)境因素的變化實現(xiàn)驅(qū)動?；谌嵝圆馁|(zhì)的特點，軟

5、體機器人一般不需要傳感器輔助即可實現(xiàn)自適應(yīng)的交互，在操作一些柔軟或易碎物體時以及與人交互方面具有極大優(yōu)勢。作者所在團隊提出了一種全新的基于蜂巢氣動網(wǎng)絡(luò)的軟體驅(qū)動技術(shù)。以硬質(zhì)六邊形結(jié)構(gòu)作為結(jié)構(gòu)骨架并在單元內(nèi)部嵌入氣囊實現(xiàn)驅(qū)動，即可組成一組蜂巢氣動網(wǎng)絡(luò)。通過合理的結(jié)構(gòu)布置，該驅(qū)動器不僅可以同時作為拉力和推力驅(qū)動器，更具有極高的形變性能和伸縮比例，有望在抓取和運送等多種領(lǐng)域發(fā)揮其作用。
　　第三方面是提出了一種基于蜂巢氣動網(wǎng)絡(luò)軟體夾持器

6、的抓取策略。傳統(tǒng)夾持器一般通過在夾持器末端配備多種傳感器并結(jié)合特定的抓取策略進行抓取。本文以蜂巢氣動網(wǎng)絡(luò)軟體夾持器為基礎(chǔ)，提出了一種簡單的開環(huán)抓取策略。基于軟體機器人具有無限自由度的特性，可以實現(xiàn)夾持器和物體表面極好的貼合。結(jié)合蜂巢氣動網(wǎng)絡(luò)的運動特性和抓取特性，針對每個備選抓取點進行抓取過程模擬，以確定其最終抓取形態(tài)。對于每個備選抓取點的最終抓取形態(tài)，提取出判定點進行相對形封閉性判定以確定可行解集合。對于每個可行解方案，通過計算適用于蜂