基于触觉的灵巧手抓取控制技术研究
发布时间：2022-09-28 18:54
随着机械和现代电子技术的不断发展,人们产生了各种各样的灵巧手,它是机器人与外部环境进行人机交互的重要媒介,因此灵巧手一直是机器人领域的热点课题。它可以在极限或者有害的环境下替代人类执行任务,相比于结构化的工业环境,服务机器人所处的实际环境更加复杂多样,具有很大的不确定性。因此对机器人的感知能力提出了更高的要求,需要机器人灵巧手能够通过传感器感知环境,并对传感信息进行处理理解。本文从触觉信息的提取及稳定抓取方面展开研究。触觉传感器是机器人感知真实环境的重要手段。当机器人对物体进行操作时,触觉传感器信息可以用来判断物体的真实状态。首先,为了解决不使用视觉传感器抓取未知物体的问题,结合触觉数据时间序列的特点,提出了一种新的可以用较少的计算资源获得的触觉时空特征向量。然后,为了使灵巧手稳稳地抓住目标,不仅需要正确的抓取力,还需要事先规划好抓取位置。因此,需要对灵巧手作抓取规划。根据Barrett灵巧手的D-H模型,建立运动学模型,得到所需的关节扭转力矩。建立了椭球体的抓取坐标,推导了椭球体的抓取矩阵。利用基于抓取矩阵的性能指标求出最佳抓取位置,利用线性梯度流算法求出椭球体的最佳抓取力。同时,仿...
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 引言
1.1 研究背景与意义
1.2 国内外研究现状
1.3 机器人灵巧手触觉研究现状
1.4 机器人灵巧手抓取规划研究现状
1.5 本文结构安排
第2章 基于触觉的时空特征分析与提取
2.1 Barrett灵巧手简介
2.2 灵巧手触觉信息特征
2.3 时空特征的提取预处理
2.3.1 初步处理
2.3.2 中值滤波
2.3.3 阈值
2.4 时空特征的特征表示
2.4.1 时间特征
2.4.2 空间特征
2.5 标准化
2.6 本章小结
第3章 机器人灵巧手的运动学建模与仿真
3.1 灵巧手运动学建模
3.1.1 D-H坐标表示
3.1.2 Barrett灵巧手的正向运动学
3.1.3 Barrett灵巧手的逆向运动学
3.2 Barrett灵巧手的运动学仿真验证
3.2.1 Barrett灵巧手的正向运动学仿真
3.2.2 Barrett灵巧手的逆向运动学仿真
3.3 Barrett灵巧手的运动学仿真验证
3.4 本章小结
第4章 灵巧手的抓取规划
4.1 基于接触点性能指标的抓取位置规划
4.1.1 灵巧手的抓取矩阵
4.1.2 接触点位置规划的性能指标
4.2 抓取位置规划及仿真
4.2.1 椭球的计算实例
4.2.2 椭球抓取位置性能指标的仿真
4.3 基于梯度流算法的抓取力规划
4.3.1 摩擦锥约束线性化
4.3.2 力平衡约束线性化
4.3.3 梯度流最优化力算法
4.3.4 初始抓取力计算
4.3.5 椭球抓取力优化实例及仿真
4.4 本章小结
第5章 基于MSVM-KNN的抓取策略及实验
5.1 MSVM-KNN算法
5.2 基于MSVM-KNN的抓取策略
5.3 实验分析
5.3.1 物体分类实验
5.3.2 基于MSVM-KNN的抓取实验
5.4 本章小结
第6章 结论与展望
6.1 结论
6.2 创新点
6.3 展望
致谢
参考文献
攻读学位期间的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]带有双手力觉反馈的人机交互系统设计[J]. 秦欢欢,宋爱国,莫依婷,曾欣,邵斌澄. 仪器仪表学报. 2018(07)
[2]三维动作识别时空特征提取方法[J]. 徐海宁,陈恩庆,梁成武. 计算机应用. 2016(02)
[3]基于似人特性的拟人臂机器人自主抓取动作规划[J]. 陆志远,甘亚辉,戴先中,段晋军. 机器人. 2014(06)
[4]机器人灵巧手的触觉分析与建模[J]. 萧伟,孙富春,刘华平. 机器人. 2013(04)
[5]多指抓取接触力求解及规划研究[J]. 刘玉旺,王洪光,周维佳. 机械设计与制造. 2011(04)
[6]时变摩擦因数对弧齿锥齿轮动力学特性的影响[J]. 王时龙,冯治恒,雷松,萧红. 中国机械工程. 2011(02)
[7]基于Matlab的机器人工作空间求解方法[J]. 赵燕江,张永德,姜金刚,邵俊鹏. 机械科学与技术. 2009(12)
[8]机器人手爪的研究现状与进展[J]. 骆敏舟,杨秀清,梅涛. 机器人技术与应用. 2008(02)
[9]多指手Power抓持的鲁棒性分析及稳定载荷域计算[J]. 李剑锋,张玉茹,王新华,魏源迁,伍良生,吴光中. 中国机械工程. 2004(07)
[10]多指灵巧手基于广义力椭球的最优抓持规划[J]. 杨洋,张启先. 机械科学与技术. 2001(04)
博士论文
[1]机器人灵巧手的物体触摸识别及自适应抓取研究[D]. 顾海巍.哈尔滨工业大学 2017
硕士论文
[1]复杂环境下车牌检测与识别方法研究[D]. 孙庭强.南京邮电大学 2018
[2]仿人多指灵巧手的抓取规划与实验[D]. 许修箔.大连理工大学 2018
本文编号：3682202
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 引言
1.1 研究背景与意义
1.2 国内外研究现状
1.3 机器人灵巧手触觉研究现状
1.4 机器人灵巧手抓取规划研究现状
1.5 本文结构安排
第2章 基于触觉的时空特征分析与提取
2.1 Barrett灵巧手简介
2.2 灵巧手触觉信息特征
2.3 时空特征的提取预处理
2.3.1 初步处理
2.3.2 中值滤波
2.3.3 阈值
2.4 时空特征的特征表示
2.4.1 时间特征
2.4.2 空间特征
2.5 标准化
2.6 本章小结
第3章 机器人灵巧手的运动学建模与仿真
3.1 灵巧手运动学建模
3.1.1 D-H坐标表示
3.1.2 Barrett灵巧手的正向运动学
3.1.3 Barrett灵巧手的逆向运动学
3.2 Barrett灵巧手的运动学仿真验证
3.2.1 Barrett灵巧手的正向运动学仿真
3.2.2 Barrett灵巧手的逆向运动学仿真
3.3 Barrett灵巧手的运动学仿真验证
3.4 本章小结
第4章 灵巧手的抓取规划
4.1 基于接触点性能指标的抓取位置规划
4.1.1 灵巧手的抓取矩阵
4.1.2 接触点位置规划的性能指标
4.2 抓取位置规划及仿真
4.2.1 椭球的计算实例
4.2.2 椭球抓取位置性能指标的仿真
4.3 基于梯度流算法的抓取力规划
4.3.1 摩擦锥约束线性化
4.3.2 力平衡约束线性化
4.3.3 梯度流最优化力算法
4.3.4 初始抓取力计算
4.3.5 椭球抓取力优化实例及仿真
4.4 本章小结
第5章 基于MSVM-KNN的抓取策略及实验
5.1 MSVM-KNN算法
5.2 基于MSVM-KNN的抓取策略
5.3 实验分析
5.3.1 物体分类实验
5.3.2 基于MSVM-KNN的抓取实验
5.4 本章小结
第6章 结论与展望
6.1 结论
6.2 创新点
6.3 展望
致谢
参考文献
攻读学位期间的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]带有双手力觉反馈的人机交互系统设计[J]. 秦欢欢,宋爱国,莫依婷,曾欣,邵斌澄. 仪器仪表学报. 2018(07)
[2]三维动作识别时空特征提取方法[J]. 徐海宁,陈恩庆,梁成武. 计算机应用. 2016(02)
[3]基于似人特性的拟人臂机器人自主抓取动作规划[J]. 陆志远,甘亚辉,戴先中,段晋军. 机器人. 2014(06)
[4]机器人灵巧手的触觉分析与建模[J]. 萧伟,孙富春,刘华平. 机器人. 2013(04)
[5]多指抓取接触力求解及规划研究[J]. 刘玉旺,王洪光,周维佳. 机械设计与制造. 2011(04)
[6]时变摩擦因数对弧齿锥齿轮动力学特性的影响[J]. 王时龙,冯治恒,雷松,萧红. 中国机械工程. 2011(02)
[7]基于Matlab的机器人工作空间求解方法[J]. 赵燕江,张永德,姜金刚,邵俊鹏. 机械科学与技术. 2009(12)
[8]机器人手爪的研究现状与进展[J]. 骆敏舟,杨秀清,梅涛. 机器人技术与应用. 2008(02)
[9]多指手Power抓持的鲁棒性分析及稳定载荷域计算[J]. 李剑锋,张玉茹,王新华,魏源迁,伍良生,吴光中. 中国机械工程. 2004(07)
[10]多指灵巧手基于广义力椭球的最优抓持规划[J]. 杨洋,张启先. 机械科学与技术. 2001(04)
博士论文
[1]机器人灵巧手的物体触摸识别及自适应抓取研究[D]. 顾海巍.哈尔滨工业大学 2017
硕士论文
[1]复杂环境下车牌检测与识别方法研究[D]. 孙庭强.南京邮电大学 2018
[2]仿人多指灵巧手的抓取规划与实验[D]. 许修箔.大连理工大学 2018
本文编号：3682202
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