機(jī)器人抓取力分配與不確定性分析.pdf

1、本文研究了機(jī)器人抓取力的預(yù)測與計算。抓取力的大小可以直接影響手指-物體構(gòu)成的抓取系統(tǒng)的許多性能指標(biāo)，如穩(wěn)定性，魯棒性等。而在包絡(luò)抓取中，不僅僅是手指末端與被抓物體接觸，包括手指連桿，手掌部分，都可以與物體接觸，存在被動約束。這些被動約束的存在，使得機(jī)器人抓取力分析存在可控性問題，因而在抓取力分析中還需考慮手部的關(guān)節(jié)力矩平衡。
　　 研究內(nèi)容主要包括：
　　 （1）給定關(guān)節(jié)驅(qū)動力及外載荷，如何求解物體與手指間的真實接觸力（

2、抓取力）。由于未知力的個數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于力平衡方程的個數(shù)，抓取力的求解是靜不定的。引進(jìn)接觸力學(xué)中Hertz非線性接觸模型，來表達(dá)接觸力與接觸變形的關(guān)系。從而可以運用最小余能原理，將接觸力分析問題，轉(zhuǎn)化成一個帶約束的非線性優(yōu)化問題，并通過增廣拉格朗日方法進(jìn)行了有效的求解。最后，以工業(yè)操作機(jī)夾持力計算問題為例，說明抓取力分析模型的有效性。
　　 （2）給定外載荷，計算需要提供多大的關(guān)節(jié)驅(qū)動力才能保持抓取的穩(wěn)定性。該問題的實質(zhì)是選取一組可行

3、抓取力，使得對應(yīng)所需要的關(guān)節(jié)力矩最小。采用剛體接觸模型，并考慮了接觸點位置的不確定性，建立魯棒優(yōu)化模型，通過外點罰函數(shù)法，進(jìn)一步將問題轉(zhuǎn)化成最小二乘問題，從而可以進(jìn)行快速的求解。最后采用蒙特卡洛方法進(jìn)行隨機(jī)仿真，分析了點的不確定定性對抓取力分配的影響，以工業(yè)操作機(jī)的最小驅(qū)動力計算問題說明了該方法的有效性。
　　 （3）考慮到抓取系統(tǒng)與夾具系統(tǒng)的相似性，研究了大型重載工件的夾具布局設(shè)計中的夾緊元件優(yōu)化，包括夾緊元件的位置和夾緊力的