【摘要】：機(jī)械手爪作為末端執(zhí)行器是機(jī)器人實(shí)現(xiàn)抓取操作的重要部件。隨著工業(yè)自動(dòng)化的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛、抓取操作對(duì)象越來越多樣化,傳統(tǒng)的機(jī)械手爪難以滿足對(duì)于柔軟、易碎物品的柔順抓取要求。軟體抓持裝置具有較好的柔順性,擁有廣闊的應(yīng)用前景。由于對(duì)軟體抓持裝置的研究多限于裝置結(jié)構(gòu),為了更好的將軟體機(jī)械手融入到自動(dòng)化生產(chǎn)中,本文根據(jù)軟手指工作原理及制作工藝,設(shè)計(jì)并制作了一種具有軟手指的氣動(dòng)軟體機(jī)械手,將軟手指的特點(diǎn)與抓取理論相結(jié)合,研究了氣動(dòng)軟體機(jī)械手的指尖抓取和包絡(luò)抓取性能,并通過實(shí)驗(yàn)對(duì)理論模型進(jìn)行了驗(yàn)證。主要研究內(nèi)容如下:對(duì)單根手指力學(xué)特性進(jìn)行了研究,提出了基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的手指力學(xué)特性映射關(guān)系模型�；赮eoh模型,建立了軟手指彎曲角度與充氣壓力之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型,采用有限元分析法對(duì)充氣壓力、手指彎曲角度和指尖力的關(guān)系進(jìn)行了研究,進(jìn)行了軟手指的力學(xué)特性實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了理論模型及有限元模型的準(zhǔn)確性,利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)將實(shí)驗(yàn)結(jié)果擬合,得到了手指充氣壓力、手指彎曲角度與指尖力的非線性關(guān)系。建立了軟體機(jī)械手對(duì)一般物體的指尖抓取模型,并進(jìn)行了穩(wěn)定抓取和無損抓取分析。以抓取穩(wěn)定性為優(yōu)化目標(biāo),通過遺傳算法計(jì)算得到了最優(yōu)抓取接觸位置,以抓取接觸力為優(yōu)化目標(biāo),通過遺傳算法計(jì)算得到了最小接觸力,結(jié)合優(yōu)化結(jié)果與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型分析了手指充氣壓力與抓取性能的關(guān)系,設(shè)計(jì)了軟體機(jī)械手抓取實(shí)驗(yàn)臺(tái),測(cè)試了軟體機(jī)械手在不同氣壓下對(duì)抓持對(duì)象的指尖抓取能力,驗(yàn)證了穩(wěn)定抓取模型和無損抓取模型的正確性。提出了一種基于離散化連桿手指簡化模型的分析方法,建立了軟體機(jī)械手的包絡(luò)抓取模型并進(jìn)行了包絡(luò)抓取分析。基于有限元分析結(jié)果使用二次多項(xiàng)式擬合了離散手指簡化模型的力學(xué)特性,計(jì)算了充氣壓力對(duì)包絡(luò)抓取性能的影響,通過包絡(luò)抓取實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了包絡(luò)抓取模型的正確性,對(duì)生活中常見物品的抓取實(shí)驗(yàn)表明,本文所設(shè)計(jì)的軟體機(jī)械手對(duì)于柔軟、易碎、形狀差的物品具有良好的適應(yīng)性。
【學(xué)位授予單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TP241
【圖文】：

論研究背景及意義62 年，世界上第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人問世，標(biāo)志著工業(yè)化生產(chǎn)進(jìn)入了新的時(shí)代以來，機(jī)器人技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)器人已經(jīng)滲透到生產(chǎn)生活中的各個(gè)領(lǐng)域夾持裝置的機(jī)器人被用于分揀、裝配等應(yīng)用場合。現(xiàn)今，常見的末端執(zhí)行器:①剛性夾爪[3]，如圖 1-1（a）所示，該類執(zhí)行器多為連桿機(jī)構(gòu)，主要采用構(gòu)形式，此類夾爪結(jié)構(gòu)簡單，適用于操作簡單、抓持對(duì)象較為固定的場合、成本低等優(yōu)點(diǎn)。但是，其自由度較少，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)抓取接觸位置和抓持力因此不適用于抓取易碎、形狀差異較大的物品。并且此類抓持裝置的通用同的抓持對(duì)象需要選擇不同的夾爪。②多指靈巧手[4-6]，如圖 1-1（b）所示模擬人手的結(jié)構(gòu)和功能，具有較好的適應(yīng)性和靈活性，手指一般具有多個(gè)各種復(fù)雜的仿人手動(dòng)作。但其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，控制難度大，使用成本高，一般療等領(lǐng)域應(yīng)用。

研究現(xiàn)狀國內(nèi)外學(xué)者對(duì)軟體抓持裝置的研究熱情不斷增加，研究領(lǐng)域涵材料、制造、驅(qū)動(dòng)、傳感、控制、建模等諸多方面[15-16]。從可用在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、服務(wù)等領(lǐng)域；從結(jié)構(gòu)形式上可分為手的卷曲抓持裝置和基于負(fù)壓變形的薄膜抓持裝置；從驅(qū)動(dòng)方驅(qū)動(dòng)和功能材料驅(qū)動(dòng)。本文所研究的軟體機(jī)械手屬于氣壓驅(qū)動(dòng)現(xiàn)狀體機(jī)械手爪方面的研究起步較早，2010 年芝加哥大學(xué)的 Eri”原理，制作了一種沒有手指的抓持裝置。其原理如圖 1-2 所粒的袋狀軟包。當(dāng)軟包壓到抓持對(duì)象時(shí)，軟包會(huì)根據(jù)抓持對(duì)象出軟包內(nèi)的空氣形成負(fù)壓，在摩擦力的作用下粗糙顆粒相互緊被夾緊。這種抓持裝置結(jié)構(gòu)簡單，控制難度低，但無法抓取體積

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本文編號(hào)：2724130