基于数据手套的灵巧手抓取操作及阻抗控制的研究

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1、图书分类号：TP244.2学校代码：10213U.D.C.:681.568.74密级：公开硕士学位论文基于数据手套的灵巧手抓取操作及阻抗控制的研究硕士研究生：唐肖云导师：蔡鹤皋教授申请学位级别：工学硕士学科、专业：机械电子工程所在单位：机电工程学院答辩日期：2010年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex：TP244.2U.D.C.:681.568.74ThesisfortheDegreeofMasterRESEARCHONGRASPINGANDIMPEDANCECONTROLOFDEXTEROUSHANDBASEDONDATA

2、-GLOVECandidate：TangXiaoyunSupervisor：Prof.CaiHegaoAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialty：MechatronicsEngineeringAffiliationSchoolofMechatronicsEngineeringDateofOralExamination：June,2010University：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学硕士学位论文摘要灵巧手的研究已经成为当前机器人技术研究的热点之一，

3、是我国正在发展中的智能太空机器人关键技术之一，而灵巧手及其操作对于空间机器人的工作能力具有重要意义。本文结合国家科技部“863”计划的研究项目“新一代五指仿人灵巧手及其协调控制的研究”（课题编号：2006AA04Z255），以HIT/DLRII五指灵巧手为平台，建立人手与灵巧手的运动映射关系，利用改进的E-ANFIS模型进行抓取模型的位姿重建，接着提出一种具有非线性补偿的阻抗控制算法，并分别进行实验验证。本文针对人手及HIT/DLRII五指灵巧手的结构特点，分别建立了人手和灵巧手的运动学模型，分析了人手模型和灵巧手模型的结构差异及其造成的映射困难。并利

4、用一种改进的基于指尖位置的运动映射方法，提高了人手和HIT/DLRII五指灵巧手的指尖映射能力。并对映射算法进行了实验验证，结果表明基于数据手套的人手指尖运动能够很好的映射到灵巧手指尖位置，进而保证了灵巧手抓取物体的准确性。上述的映射尽管能够保证灵巧手能够拟合人手的运动，但是由于数据手套的传感器误差过大，致使当人手抓取物体时，灵巧手通过上述的映射方法仅能得到物体的“粗位置”。为了保证灵巧手抓取物体的稳定性，利用改进的E-ANFIS模型对抓取物体的形状和位姿进行重构。利用人手抓取物体时指尖映射到灵巧手的指尖笛卡尔坐标值作为混合智能模型的输入，进而快速准确

5、地重构出被抓取物体的数学模型，得到抓握物体的“精位置”实现灵巧手的稳定抓取。针对HIT/DLRII五指灵巧手的抓取特点，在基于位置的阻抗控制算法基础上，提出了一种具有手指的重力补偿、摩擦补偿的阻抗控制算法，为了克服灵巧手手指同硬质物体接触而出现的动态不确定因素，采用扩展卡尔曼滤波器来实现动态结构参数的自适应估计。最后利用HIT臂/手系统及数据手套为实验系统平台，给出反应数据手套和灵巧手抓握映射能力的抓取实验。基于提出的阻抗控制算法，对手指进行了关节和笛卡尔阻抗控制实验，并对其控制性能进行了分析，最终验证了该控制方法的有效性。关键词灵巧手；运动映射；抓取

6、模型；位姿重构；阻抗控制I哈尔滨工业大学硕士学位论文AbstractThestudyofDexteroushandsisoneofhotspotsincurrentrobotstechnologyresearchandoneofkeytechnologiesofintelligentspacerobots.Theoperationofdexteroushandsisveryimportantforthespacerobot.Basedonnationalhightechnologyresearchanddevelopmentprogram(863)“R

7、esearchonnewgenerationfive-fingeredanthropopathicdexterousrobothandanditscooperativecontrol”(code:2006AA04Z255),WithHIT/DLRIIdexteroushandfortheplatform,thisdissertationimprovesthemotionmappingbasedondataglove,improvestheE-ANFISmodelandusingtheModeltobuildthegraspedmodel,andthen

8、proposesaflexibleimpedancecontrolalgorithm,fina