欠驅(qū)動機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)是許多機器人應(yīng)用的必須功能，也是近年來機器人領(lǐng)域的研究熱點。實現(xiàn)上述功能對機器人末端執(zhí)行器的研究提出了諸多挑戰(zhàn)。與通用夾持器和全驅(qū)動機械手等末端執(zhí)行器相比，欠驅(qū)動機械手（欠驅(qū)動手）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)用價值。欠驅(qū)動手的驅(qū)動單元數(shù)小于自由度，這一特性使它只需使用簡單的控制方法就能抓取形狀各異的物體，易于實現(xiàn)力量抓取。但這一特性也使它在建模分析、捏取和操作等問題上存在著許多研究難

2、點，讓欠驅(qū)動手在相關(guān)領(lǐng)域的研究進展滯后于實際應(yīng)用的需求。本文針對在人類環(huán)境中執(zhí)行抓取和操作任務(wù)的挑戰(zhàn)，圍繞著欠驅(qū)動手抓取能力分析、捏取和操作展開研究。
　　針對欠驅(qū)動手抓取能力分析中的計算復(fù)雜度問題，提出了基于物體初始位置允差的抓取能力分析方法。采用互補法建立抓取模型來描述物體與支撐面及欠驅(qū)動手之間的相互作用。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價指標，采用該指標可以設(shè)計

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

4、考模型不確定性問題和信號噪聲問題，采用高斯過程回歸逼近參考模型和信號噪聲，提高接觸檢測的靈敏度和準確性。在仿人欠驅(qū)動手iCub Hand上進行了抓取實驗研究。與iCub Hand標準抓取控制器的對比實驗結(jié)果表明，本文提出的抓取策略對物體初始位置不確定性具有更好的適應(yīng)能力。
　　針對欠驅(qū)動手操作模型容易發(fā)生模型失配的問題，提出了基于高斯過程回歸的增強單步預(yù)測控制并應(yīng)用于欠驅(qū)動手操作的研究。采用高斯過程回歸來逼近和補償操作模型的殘差，