研究机器人的正向、逆向运动学是深入机器人运动姿态控制的基础,以UR5型协作机器人为研究对象,根据DH参数对其进行运动学建模,并利用MATLAB编程比对实际位姿坐标进行仿真实验验证。利用TCP/IP协议,将机器人作为客户机进行远程控制。通过视觉图像软件对抓取物进行处理提取,对比参照物后获得控制夹爪开合的比例,从而达到自适应抓取的目的。实验表明,该策略简单可行,具有较强的工业应用性。在保障操作者工作安全之外,提高了机器人的自主性和生产稳定性,对于不同的抓取物,能够做出智能的反应。

平行夹持是机器人手重要的抓取模式,但由于其末端指段沿圆弧轨迹运动,因此,机器人手在桌面上夹持物体时需要机械臂配合升降,从而增加了其对不同尺寸物体的抓取难度。针对此问题,介绍了一种末端指段呈直线轨迹平动的直线平行夹持模式;基于该模式,提出了一种基于霍肯连杆机构实现的直线平夹自适应手指(SHKL手指)。SHKL手指利用霍肯连杆机构实现末端关节直线运动,利用同向等速的双平行四连杆机构实现末端指段相对手掌姿态固定,利用弹性关节、弹簧和限位等实现自适应抓取。理论分析与实验结果表明,SHKL手指具有直线平夹与自适应抓取功能,抓取稳定,控制容易。

针对水果表皮脆弱易损、不适合采用传统刚性夹爪抓取的问题,基于章鱼触手结构特征,结合仿生学原理和增材制造技术,设计并制作了一种结构简单、具有自适应性的由3个柔性手指和固定组件组成的适用于水果采摘的气动柔性夹爪。采用ANSYS模拟和测试柔性手指在不同气压下的弯曲情况,发现柔性手指可在低压下具有较大的弯曲变形,最大弯曲角为22.4°,气压为100 kPa时,产生最大压力为2.38 N;柔性夹爪的夹持力实验表明,在0~100 kPa的压力范围,柔性夹爪可自适应抓取质量564 g、直径100 mm内的水果,并且水果表面没有损伤,抓取效果良好,达到设计目标要求。

现有机械抓手多为刚性结构,对被抓物品的自适应能力差。为实现柔顺抓取常采用欠驱动的方式,由此带来设计的机械抓手结构复杂、控制难度大的问题,而且通常只能应用于特定的目标对象。设计一种结构与控制简单、自适应能力强的软体抓手。该抓手由三个具有纤维增强结构的软体弯曲驱动器作为爪子协调配合实现抓取任务,气体的可压缩性与软体驱动器的弹性使此抓手拥有可对易损物品无损抓取的良好特性。选取合理的性能参数后,采用3D打印出模具浇注硅胶的方式制作出特性优良的驱动器,同样采用3D打印的方式制作抓手的连接基座,同时,整个装置的气密性通过独特设计的结构得以保障。该抓手配合UR机械臂抓取形状大小各异物品的试验结果表明该抓手抓取稳定、自适应能力强、控制简单并且能够很好地实现无损抓取。

为实现仿人手的集成化、智能化、轻量化,采用微型电机与蜗轮盘结合的绳驱方式,通过3D打印制作了与人手尺寸1∶1,总质量为300g的仿人手样机。采用蜗轮与绳驱组合的方式实现了仿人手在小体积下具有较大的输出力和较高的安全性。通过复位弹力绳与驱动钢丝绳在蜗轮盘上逆向缠绕方式,降低了驱动过程中阻力,提高了手指有效输出力。然后,对仿人手的自适应抓取进行了研究,结果表明,通过采用弯曲传感器和压力传感器联合控制的方式,可以有效实现对不同大小物体的尺寸预估以及期望力的动态调节,并实现稳定抓取。