HIT／DLR HandⅡ类人形五指灵巧手机构的研究 被引量：27

1

作者 樊绍巍 刘伊威 +4 位作者 金明河 兰天 陈兆芃 刘宏 赵大威 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第2期171-177,共7页

为了使灵巧手的外观和结构功能更加类人化,研制了新一代类人形机器人五指灵巧手——HIT/DLR HandⅡ.该灵巧手由一个独立的手掌和5个完全相同的具有4个关节3个自由度的模块化手指构成.机电集成的设计思想保证了所有驱动器,传动系统和电... 为了使灵巧手的外观和结构功能更加类人化,研制了新一代类人形机器人五指灵巧手——HIT/DLR HandⅡ.该灵巧手由一个独立的手掌和5个完全相同的具有4个关节3个自由度的模块化手指构成.机电集成的设计思想保证了所有驱动器,传动系统和电路系统都集成在手指和手掌的内部.钢丝耦合机构的采用,保证了手指末端关节在整个运动范围内都能够保证精确定1:1传动比.包装件同结构功能件融合的设计思想不但进一步缩减的灵巧手的外形尺寸,而且使灵巧手外形更加类人化.所有的创新型设计使灵巧手的手指外形尺寸仅是上一代手指的1/3.此外,为了提高灵巧手的多感知能力,重新设计的力/力拒传感器,位置传感器及温度传感器通巧妙的集成在手指的内部.试验表明,所设计的灵巧手不但达到了设计目标,也表现出了很强的抓握能力. 展开更多

关键词 灵巧手 类人形 模块化 钢丝耦合机构 多感知能力

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机器人灵巧手柔性关节自适应阻抗控制 被引量：13

2

作者 樊绍巍 宗华 +1 位作者 邱景辉 陈兆芃 《电机与控制学报》 EI CSCD 北大核心 2012年第12期78-86,共9页

针对具有柔性关节的HIT/DLR Ⅱ五指仿人机器人灵巧手,研究了基于关节力矩反馈和非线性补偿的关节空间和笛卡尔空间阻抗控制。通过建立柔性关节机器人灵巧手的控制模型,在HIT/DLR Ⅱ型灵巧手上实现基于无源性控制的柔性关节机器人阻抗控... 针对具有柔性关节的HIT/DLR Ⅱ五指仿人机器人灵巧手,研究了基于关节力矩反馈和非线性补偿的关节空间和笛卡尔空间阻抗控制。通过建立柔性关节机器人灵巧手的控制模型,在HIT/DLR Ⅱ型灵巧手上实现基于无源性控制的柔性关节机器人阻抗控制策略。针对非线性摩擦力和重力对灵巧手阻抗控制的影响,基于扩展卡尔曼滤波器提出了自适应摩擦力观测器,实现了具有摩擦力补偿和基于最小二乘法优化重力补偿的机器人灵巧手自适应阻抗控制。实验结果表明,在具有谐波减速器等柔性环节的机器人灵巧手中,所提出的自适应阻抗控制器提高了位置控制的精确度,并获得了稳定的抓取力。 展开更多

关键词 机器人灵巧手 阻抗控制 摩擦力观测器 卡尔曼滤波器 柔性关节

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同步三指式末端执行器的目标位姿估计方法 被引量：4

3

作者 樊绍巍 吴军 +2 位作者 金明河 樊春光 刘宏 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第2期359-364,共6页

为了在线判断机械臂末端执行器捕获过程中的目标位姿,本文采用接触力信息,提出了一种针对同步三指式末端执行器的目标位姿估计方法。在分析末端执行器几何约束特征的基础上,提出目标位姿估计方法。根据接触力判断接触手指,并结合末端执... 为了在线判断机械臂末端执行器捕获过程中的目标位姿,本文采用接触力信息,提出了一种针对同步三指式末端执行器的目标位姿估计方法。在分析末端执行器几何约束特征的基础上,提出目标位姿估计方法。根据接触力判断接触手指,并结合末端执行器运动学分析结果,判断接触点位置和法向方向。利用两次有效接触信息,采用空间平面相交的方法,进行基于最少接触信息的位姿估计过程。当存在冗余接触信息时,采用最小二乘法对估计结果进行更新。通过仿真验证了估计方法的有效性。该估计方法适用于此类爪式末端执行器,具有一定的通用性。 展开更多

关键词 位姿估计 末端执行器 接触力信息 最小二乘法 对接捕获 同步三指式

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类人型五指手构型的优化设计 被引量：1

4

作者 樊绍巍 陈川 +3 位作者 姜力 曾博 刘宏 邱景辉 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第5期602-606,共5页

针对人手抓握多点接触的特点,提出了一种基于形封闭理论的五指手构型优化设计方法。根据抓握动作要求确定出五指手构型优化设计所需要的参数,并通过J判别函数方法判别多参数输入下五指手球形抓取和圆柱形抓取的形封闭性。引入范数域宽... 针对人手抓握多点接触的特点,提出了一种基于形封闭理论的五指手构型优化设计方法。根据抓握动作要求确定出五指手构型优化设计所需要的参数,并通过J判别函数方法判别多参数输入下五指手球形抓取和圆柱形抓取的形封闭性。引入范数域宽作为参数优化性能指标,采用区间迭代算法实现在满足形封闭前提下的五指手构型的可行区间最大化。以球形抓取为例,优化出了拇指指骨长度等5个重要参数的最佳设计结果。抓取仿真试验结果表明,优化后的参数范数域宽至少提高17%,显著提升了五指手稳定抓取的能力。 展开更多

关键词 球形抓取 圆柱形抓取 形封闭 可行区间最大化 范数域宽 稳定抓取 五指手构型

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DLR/HIT Ⅱ灵巧手控制系统及基关节同步控制 被引量：8

5

作者 兰天 刘伊威 +3 位作者 金明河 姜力 樊绍巍 刘宏 《电机与控制学报》 EI CSCD 北大核心 2009年第4期608-614,共7页

针对多传感器、多自由度机器人灵巧手,开发了基于DSP&FPGA的多层控制系统。将手指驱动控制系统和传感器系统集成在手指内部,使得与人手尺寸和活动性相似的DLR/HIT Ⅱ五指机器人灵巧手得以实现。对于手指基关节差分齿轮的运动协调问... 针对多传感器、多自由度机器人灵巧手,开发了基于DSP&FPGA的多层控制系统。将手指驱动控制系统和传感器系统集成在手指内部,使得与人手尺寸和活动性相似的DLR/HIT Ⅱ五指机器人灵巧手得以实现。对于手指基关节差分齿轮的运动协调问题,设计了包含速度和加速度前馈项、同步误差和位置误差反馈项以及平滑鲁棒非线性反馈补偿项的交叉耦合同步控制器,该控制器不需要精确的动力学模型。经与传统的非同步控制PD加摩擦力补偿控制和轨迹跟踪控制对比,实验验证了所设计的控制系统及交叉耦合同步控制器的有效性。 展开更多

关键词 机器人灵巧手 控制系统 同步控制 交叉耦合 轨迹跟踪

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面向高温的NTC温度检测系统设计优化及标定 被引量：9

6

作者 张元飞 樊绍巍 +1 位作者 刘宏 谭久彬 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第1期18-23,共6页

为利用负温度系数(NTC)热敏电阻实现定区间高温检测,提出一种基于期望相对温度跟踪控制策略的温度检测系统参数优化调整方法.利用NTC热敏电阻标称值,针对目标温度区间进行温度检测系统参数的初始优化设计;采用期望相对温度跟踪控制策略... 为利用负温度系数(NTC)热敏电阻实现定区间高温检测,提出一种基于期望相对温度跟踪控制策略的温度检测系统参数优化调整方法.利用NTC热敏电阻标称值,针对目标温度区间进行温度检测系统参数的初始优化设计;采用期望相对温度跟踪控制策略,确保该测温系统输出的稳态值分别处于上下边界附近;采用标准测温设备测量实际温度,并判断实测温度范围是否满足设计需求;如果不满足要求,计算与实际温度对应的NTC热敏电阻阻值,修订NTC参数,进而实现该温度检测系统的参数再调整;通过熔融沉积成型实验平台,进行了实验验证.实验结果表明,所提优化设计方法是有效的,实现了定区间高温检测系统优化设计,有利于提高温度检测系统的测量精度. 展开更多

关键词 熔融沉积成型 NTC热敏电阻 温度测量 优化设计 温度标定

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步进电机期望控制脉冲的无抖动输出方法 被引量：4

7

作者 张元飞 樊绍巍 +1 位作者 刘宏 谭久彬 《电机与控制学报》 EI CSCD 北大核心 2018年第2期17-23,共7页

为了提高步进电机在开环控制情况下的速度跟踪控制性能,提出了基于脉冲周期控制参数值条件更新的期望脉冲无抖动输出方法。首先,根据相邻时刻的两个期望脉冲周期值间的数学关系,构建了全时域的时序分析模型,分析了脉冲抖动输出现象;然后... 为了提高步进电机在开环控制情况下的速度跟踪控制性能,提出了基于脉冲周期控制参数值条件更新的期望脉冲无抖动输出方法。首先,根据相邻时刻的两个期望脉冲周期值间的数学关系,构建了全时域的时序分析模型,分析了脉冲抖动输出现象;然后,归纳总结了脉冲无抖动输出的控制参数值更新条件;最后,根据归纳总结的控制参数值更新条件,采用超高速集成电路硬件描述语言,构建了脉冲无抖动输出的控制器知识产权(intellectual property,IP)核。理论分析结果和实验结果均表明,该方法能够有效解决因控制参数值无约束更新而导致的脉冲抖动输出问题,进而有利于提高步进电机期望速度跟踪控制性能。 展开更多

关键词 步进电机 开环控制 速度跟踪控制 控制器IP核 3D打印

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基于灵巧手触觉信息的未知物体类人探索策略 被引量：4

8

作者 顾海巍 樊绍巍 +1 位作者 金明河 刘宏 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第10期1400-1407,共8页

为增强机器人对环境的适应性,基于对人类进行未知物体触觉探索时行为的观察和分析,提出一种适用于机器人灵巧手自主进行未知物体触觉探索的策略。机器人触觉探索过程被划分为顶面探索和侧面探索两个阶段。在顶面探索阶段,根据所得到的... 为增强机器人对环境的适应性,基于对人类进行未知物体触觉探索时行为的观察和分析,提出一种适用于机器人灵巧手自主进行未知物体触觉探索的策略。机器人触觉探索过程被划分为顶面探索和侧面探索两个阶段。在顶面探索阶段,根据所得到的触觉信息对物体的基本尺寸和姿态进行估计,并用包围盒近似物体;而在侧面探索阶段,依据分类判别不等式将物体按基本尺寸进行分类,对不同类别的物体设计不同的侧面探索策略,从而指导灵巧手对未知物体的信息进行采集。最后,在仿人机器人平台上完成了对未知物体的触觉探索实验。实验结果表明,应用所提出探索策略,机器人可以仅依靠触觉自主的探索未知物体并获取物体信息。 展开更多

关键词 机器人灵巧手 触觉传感器 行为观察 探索策略 触觉信息

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面向任务的机器人灵巧手控制系统及多指空间协调阻抗控制 被引量：2

9

作者 陈兆芃 金明河 +4 位作者 樊绍巍 刘伊威 吴克 姜力 刘宏 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第4期476-484,共9页

为提高多指灵巧手的控制和操作性能,提出了基于集中控制-分层处理的DLR/HIT II机器人灵巧手实时控制系统结构,并建立了基于Simulink/QNX的实时控制平台和嵌入式驱动控制层,极大地简化了高集成度机电一体化灵巧手的控制器设计过程,并实... 为提高多指灵巧手的控制和操作性能,提出了基于集中控制-分层处理的DLR/HIT II机器人灵巧手实时控制系统结构,并建立了基于Simulink/QNX的实时控制平台和嵌入式驱动控制层,极大地简化了高集成度机电一体化灵巧手的控制器设计过程,并实现灵巧手在多自由度仿机器人上的无缝连接.进行了多指灵巧手空间协调阻抗控制的研究,基于手指指尖位置建立了适用于任意手指数目n的机器人灵巧手物体空间坐标系,并基于六维空间虚拟弹簧的阻抗思想和关节力矩反馈实现了以被抓取物体位置和姿态为控制目标的多指灵巧手空间协调阻抗控制.在基于Simulink/QNX的实时控制平台上对DLR/HIT II灵巧手进行了空间协调阻抗控制实验,实验结果表明了灵巧手控制软硬件系统和控制策略的有效性和稳定性.在未降低灵巧手自由度的前提下,将DLR/HIT II多指灵巧手协调抓取操作的控制输入量由30个减为6个,为提高抓取规划算法效率提供了稳定高效的新型控制策略. 展开更多

关键词 多指灵巧手 实时控制系统 空间虚拟弹簧 阻抗控制

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基于EMG的假手实时力跟踪控制 被引量：1

10

作者 王新庆 刘伊威 +2 位作者 杨大鹏 樊绍巍 刘宏 《沈阳工业大学学报》 EI CAS 北大核心 2012年第1期63-67,共5页

针对商业假手灵活性及智能化水平较低的问题,进行了具有力矩/位置感知的五指假手及其控制方法的研究.以人体前臂肌电信号(EMG)为控制源,以力传感器检测指尖法向力,通过SVR支持向量机(Support Vector Regression,SVR)构建了指尖力的预测... 针对商业假手灵活性及智能化水平较低的问题,进行了具有力矩/位置感知的五指假手及其控制方法的研究.以人体前臂肌电信号(EMG)为控制源,以力传感器检测指尖法向力,通过SVR支持向量机(Support Vector Regression,SVR)构建了指尖力的预测模型;采用网格搜索法确定模型的参数,缩短了训练时间,提高了模型的泛化能力.通过在线预测,结合带有二阶微分跟踪器的模糊PID控制方法实现了指尖施力实时跟踪;速度快,超调小,鲁棒性强,提高了假手的控制水平. 展开更多

关键词 假手 肌电 支持向量回归 微分跟踪器 模糊PID 指尖力 网格搜索法 时域特征

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一种基于脊柱结构原理的超灵巧机械臂设计

11

作者 王海荣 樊绍巍 +1 位作者 倪风雷 刘宏 《载人航天》 CSCD 2016年第5期544-549,共6页

针对超灵巧机械臂既要确保灵巧和柔顺还应具有一定承受外部载荷能力的设计难点,通过对比分析与超灵巧机械臂相关的生物结构,包括以象鼻和章鱼触手为代表的无骨架类和以脊柱和鸟类颈部为代表的有骨架类的特性,发现哺乳动物脊柱的结构可... 针对超灵巧机械臂既要确保灵巧和柔顺还应具有一定承受外部载荷能力的设计难点,通过对比分析与超灵巧机械臂相关的生物结构,包括以象鼻和章鱼触手为代表的无骨架类和以脊柱和鸟类颈部为代表的有骨架类的特性,发现哺乳动物脊柱的结构可以有效平衡灵巧性、柔顺性和负载能力之间的关系。在此基础上提出了一种基于脊柱结构原理的超灵巧机械臂,本体长约340 mm,最大直径39 mm,约占总长度的5.8%,剩下部分的直径为28 mm,本体重约500 g。该机械臂的负载能力通过刚度特性实验得到了验证,实验结果可为该机械臂在外部载荷作用下的应用提供参考。 展开更多

关键词 超灵巧机械臂 脊柱 仿生学 刚度特性

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基于耦合自适应连杆机构的欠驱动手指设计及控制

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作者 戴景辉 樊绍巍 +1 位作者 程明 姜力 《哈尔滨工程大学学报》 2025年第9期1829-1837,共9页

为复现人手的运动功能,针对耦合型假肢手适应性差,自适应假肢手运动拟人性差的问题,本文提出一种兼具耦合运动功能与自适应运动功能的欠驱动手指机构。介绍了耦合自适应连杆机构的原理以及欠驱动手指机构的设计方案,然后对手指运动学进... 为复现人手的运动功能,针对耦合型假肢手适应性差,自适应假肢手运动拟人性差的问题,本文提出一种兼具耦合运动功能与自适应运动功能的欠驱动手指机构。介绍了耦合自适应连杆机构的原理以及欠驱动手指机构的设计方案,然后对手指运动学进行了分析,获得了手指各关节间的运动耦合关系以及手指的工作空间。建立手指的静力学模型,并分析了指尖抓握时的指尖输出力特性以及自适应抓握时手指的稳定性。设计了手指的位置控制以及阻抗控制策略使手指具备主动柔顺特性。最后进行了手指抓握以及控制实验,实验结果表明,所设计欠驱动手指具有较高的输出力、高稳定性以及良好的顺应性。所设计手指结合了耦合手与自适应手的优点,有效提升了假肢手的抓握性能。 展开更多

关键词 欠驱动 稳定性 自适应 假手 阻抗控制 静力学分析 工作空间 手指机构

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