仿人多指靈巧手的抓取規(guī)劃與實驗仿人多指靈巧手作為智能機(jī)器人的一種末端執(zhí)行器,具有獨特的仿人機(jī)械結(jié)構(gòu)和靈巧的操作性能,可完成對任意形狀物體的抓取,為人類的生產(chǎn)生活提供諸多便利。而靈巧手因其較多的自由度和抓取模式的多樣性,使得對目標(biāo)物體的抓取規(guī)劃變得非常復(fù)雜。為使指靈巧手能夠在獲取物體的形狀頂點信息后成功抓取邊形物體,本文提出一種抓取規(guī)劃算法,該算法能夠以最小的作用力實現(xiàn)對物體的抓取,防止物體損壞,同時還可以抵抗已知的外力干擾。論文的主要內(nèi)容如下:以BarrettHand靈巧手為研究對象,基于D-H法建立其正運動學(xué)、逆運動學(xué)模型,在此基礎(chǔ)上,采用拉格朗日方程對其動力學(xué)方程進(jìn)行求解,得出關(guān)節(jié)處力矩與關(guān)節(jié)角位移、角速度和角加速度之間的關(guān)系。以單個手指為例進(jìn)行仿真實驗,驗證了運動學(xué)正解與逆解以及動力學(xué)方程的準(zhǔn)確性。在對靈巧手特點進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上,提出一種基于最大穩(wěn)定性的靈巧手抓取位置規(guī)劃算法。根據(jù)物體的形狀與靈巧手的手指數(shù)目,對抓取問題進(jìn)行描述,并簡化抓取問題。提出物體特征平面的概念,基于原始接觸力螺旋以及力封閉模型及其相關(guān)理論,求解能夠使手指穩(wěn)定抓取物體的初始位置的算法。以最大內(nèi)切球法則作為抓取性能指標(biāo),以最大穩(wěn)定性為目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化,最終獲得最穩(wěn)定的抓取位置。根據(jù)已規(guī)劃出的位置信息,以物體最小抓取力為目標(biāo),提出一種基于最小力的靈巧手抓取力規(guī)劃算法。選擇硬手指模型作為接觸模型,計算抓取矩陣。將手指的作用力拆分為抓取力和操作力,并給出抓取力與操作力的定義與特性。基于力封閉理論和摩擦錐約束,提出靈巧手手指作用力的計算方法。基于非線性規(guī)劃中的序列無約束最小化技術(shù),提出手指最小作用力的計算方法,該方法還可以克服外部已知的干擾力螺旋。建立靈巧手抓取系統(tǒng)的仿真模型,基于V-REP仿真軟件對靈巧手的運動學(xué)正解、運動學(xué)逆解和動力學(xué)方程進(jìn)行了仿真驗證。為驗證算法的正確性,同時保證實驗的安全性,設(shè)計了靈巧手抓取系統(tǒng)仿真平臺,并進(jìn)行了仿真實驗。搭建上位機(jī)、UR與Barrett靈巧手結(jié)合的抓取實驗平臺,使用Harris角點檢測方法獲得物體的交點坐標(biāo)信息,選取兩組具有代表性的實驗物體進(jìn)行抓取實驗。實驗結(jié)果表明,該算法具有較高的抓取成功率,且可以實現(xiàn)各類形狀物體的成功抓取,并能夠克服已知的外力干擾。進(jìn)行了手指