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(cè)與計(jì)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(dòng)約束。這些被動(dòng)約束的存在，使得機(jī)器人抓取力分析存在可控性問(wèn)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?jī)?nèi)容主要包括：
　　 （1）給定關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)力及外載荷，如何求解物體與手指間的真實(shí)接觸力（

2、抓取力）。由于未知力的個(gè)數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于力平衡方程的個(gè)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(lái)表達(dá)接觸力與接觸變形的關(guān)系。從而可以運(yùn)用最小余能原理，將接觸力分析問(wèn)題，轉(zhuǎn)化成一個(gè)帶約束的非線性優(yōu)化問(wèn)題，并通過(guò)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(jì)算問(wèn)題為例，說(shuō)明抓取力分析模型的有效性。
　　 （2）給定外載荷，計(jì)算需要提供多大的關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)力才能保持抓取的穩(wěn)定性。該問(wèn)題的實(shí)質(zhì)是選取一組可行

3、抓取力，使得對(duì)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(diǎn)位置的不確定性，建立魯棒優(yōu)化模型，通過(guò)外點(diǎn)罰函數(shù)法，進(jìn)一步將問(wèn)題轉(zhuǎn)化成最小二乘問(wèn)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(diǎn)的不確定定性對(duì)抓取力分配的影響，以工業(yè)操作機(jī)的最小驅(qū)動(dòng)力計(jì)算問(wèn)題說(shuō)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(jì)中的夾緊元件優(yōu)化，包括夾緊元件的位置和夾緊力的