变抓取力欠驱动机械手控制系统研究

论文摘要

为解决传统机械手只能应用于特定任务的问题,使机器人末端执行机构适应多种复杂任务,能够进行柔性抓取。本课题进行了变抓取力欠驱动机械手的机械结构设计与控制系统研究。变抓取力欠驱动机械手是智能机器人的关键技术,有着广阔的应用前景。本文所研究的变抓取力欠驱动机械手是直流伺服电机驱动的三指机械手,手指是由四连杆机构和平行限位机构组成,带有可调整机械手抓取位姿的转动机构,可实现对物体的柔性包络抓取。整个系统设计完成了控制系统、传感系统、传动系统设计。控制系统的设计要求根据传感器信号判断系统状态,对传动系统发出指令,实现实时控制。控制系统还要能够检测滑动,感知目标方位,进行异常中断处理。传动系统采用直流伺服电机作为动力源,微型丝杠作为运动形式转换部件。对于轴间的联接以及过负载的处理本文采用微型滚珠式扭力限制器。力觉传感器采用PVDF压电薄膜力觉传感器,滑觉传感器采用振动滑觉传感器,接近觉传感器则是超声波接近觉传感器。完成了各传感器发送接收、功率放大、控制接口等相关电路设计以及传感器的标定。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的目的和意义
• 1.2 国内外智能机械手的发展概况
• 1.2.1 国内机器人多指机械手的研究发展状况
• 1.2.2 国外机器人多指机械手的发展现状
• 1.3 系统工作原理
• 1.4 论文主要完成工作
• 第2章 欠驱动机械手工作原理与分析
• 2.1 欠驱动机械手工作原理
• 2.2 运动学分析
• 2.3 静力学分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 传动系统设计与结构设计
• 3.1 传动方案总体设计
• 3.2 直流伺服电机
• 3.2.1 直流伺服电机的工作原理
• 3.2.2 直流伺服电机的特性
• 3.2.3 直流伺服电机的选择
• 3.4 微型丝杠
• 3.5 微型滚珠式扭力限制器
• 3.6 重要部件结构设计
• 3.7 本章小结
• 第4章 传感系统设计
• 4.1 力觉传感器
• 4.1.1 PVDF压电薄膜
• 4.1.2 力觉传感器工作原理
• 4.1.3 实验分析与数据处理
• 4.2 滑觉传感器
• 4.3 接近觉传感器
• 4.3.1 接近觉传感器概述
• 4.3.2 超声波接近觉传感器结构与工作原理
• 4.3.3 发送电路与接收电路的设计及传感器的选型
• 4.3.4 超声波接近觉传感器实验
• 4.4 本章小结
• 第5章 控制系统设计
• 5.1 总体控制方案综述
• 5.2 控制系统硬件设计
• 5.2.1 主控芯片选择
• 5.2.2 直流伺服电机伺服机构
• 5.3 控制系统软件设计
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢