具有多感知功能的仿人靈巧手作為機器人的末端執(zhí)行機構(gòu),是仿生機器人領(lǐng)域的一個重要的研究方向。本課題來源于中國運載火箭技術(shù)研究院第十八研究所自籌的預(yù)研項目“空間機器人多自由度靈巧手關(guān)鍵技術(shù)研究”,立足于宇航空間機器人在微重力環(huán)境中對固定或進行漂浮運動的目標(biāo)進行定位抓取、衛(wèi)星燃料的加注以及針對廢棄飛行器中有價值零部件的拆卸等空間在軌服務(wù)的任務(wù)需求,設(shè)計一套具有多種感知功能、抓握力大、穩(wěn)定性高、運動精準(zhǔn)的仿人靈巧機械手,并與十八所自主研制成功的空間機械臂相結(jié)合,從而實現(xiàn)“空間機械臂-仿人靈巧手”在宇宙微重力環(huán)境中進行精細(xì)作業(yè)的能力。本文的研究意義在于:具有多種感知功能的靈巧手及其智能抓取操作的研究,可以增強空間機器人在外太空微重力環(huán)境等極端條件下完成精確定位及穩(wěn)定抓取等精細(xì)作業(yè)的能力,提高空間機器人系統(tǒng)的智能化水平,對空間機器人、危險環(huán)境下的精密操作和高級服務(wù)機器人等領(lǐng)域?qū)a(chǎn)生重要的影響。人手是經(jīng)過自然環(huán)境的考驗而進化成的最靈活、最精巧的末端執(zhí)行機構(gòu)。為了使空間機器人能夠完全替代宇航員出艙來完成復(fù)雜的操作任務(wù),要求機器人的靈巧手具有與人手結(jié)構(gòu)相似的比例、大小以及活動能力,這將由機械本體結(jié)構(gòu)、精... 

【文章來源】：中國運載火箭技術(shù)研究院北京市

【文章頁數(shù)】：202 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 課題研究背景及意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 空間機器人的太空在軌服務(wù)研究發(fā)展現(xiàn)狀
        1.2.2 多自由度多指靈巧手的研究發(fā)展現(xiàn)狀
        1.2.3 機器人多自由度多指靈巧手的推廣應(yīng)用
        1.2.4 多維力傳感器研究發(fā)展現(xiàn)狀
        1.2.5 機器人柔順控制技術(shù)研究發(fā)展現(xiàn)狀
    1.3 技術(shù)路線及多方案對比分析
        1.3.1 技術(shù)路線
        1.3.2 靈巧手多方案結(jié)構(gòu)設(shè)計對比分析
            1.3.2.1 方案一單腱式彈性欠驅(qū)動多指靈巧手
            1.3.2.2 方案二連桿驅(qū)動式多指靈巧手
            1.3.2.3 方案三微機電高度集成的模塊化多指靈巧手
            1.3.2.4 方案四NASA Robonaut2(機器人宇航員2號)靈巧手
            1.3.2.5 國內(nèi)外具有代表性的靈巧手各項指標(biāo)對比
    1.4 課題來源及主要研究內(nèi)容
        1.4.1 課題來源及意義
        1.4.2 學(xué)位論文的主要研究內(nèi)容
第二章 CALT-18仿人靈巧手總體系統(tǒng)
    2.1 引言
    2.2 CALT-18仿人靈巧手本體機械系統(tǒng)
        2.2.1 手指結(jié)構(gòu)設(shè)計
        2.2.2 手掌結(jié)構(gòu)設(shè)計
        2.2.3 手腕及手臂結(jié)構(gòu)設(shè)計
        2.2.4 手指關(guān)節(jié)及手腕關(guān)節(jié)驅(qū)動機構(gòu)設(shè)計
        2.2.5 靈巧手傳動腱的設(shè)計
        2.2.6 手指關(guān)節(jié)軸承及潤滑設(shè)計
        2.2.7 小結(jié)
    2.3 CALT-18仿人靈巧手驅(qū)動系統(tǒng)
        2.3.1 CALT-18仿人靈巧手的驅(qū)動器
        2.3.2 CALT-18仿人靈巧手的傳動系統(tǒng)
    2.4 CALT-18仿人靈巧手傳感系統(tǒng)
        2.4.1 微型指尖二維力傳感器
        2.4.2 關(guān)節(jié)微型角位移傳感器
        2.4.3 指關(guān)節(jié)微型六維力/力矩傳感器
    2.5 CALT-18仿人靈巧手電氣及控制系統(tǒng)
    2.6 本章小結(jié)
第三章 單手指差動機構(gòu)運動學(xué)建模
    3.1 引言
    3.2 正運動學(xué)分析
    3.3 逆運動學(xué)分析
    3.4 機器人微分運動學(xué)及速度分析
    3.5 手指靜力學(xué)分析
    3.6 手指關(guān)節(jié)運動學(xué)分析
    3.7 手指根關(guān)節(jié)運動學(xué)分析
    3.8 靈巧手腕關(guān)節(jié)運動學(xué)分析
        3.8.1 俯仰運動
        3.8.2 側(cè)擺運動
    3.9 本章小結(jié)
第四章 單手指機構(gòu)動力學(xué)建模方法研究
    4.1 引言
    4.2 指尖輸出力分析
    4.3 基于等效元素集成理論的單手指動力學(xué)建模方法
    4.4 直流無刷電機動力學(xué)模型
    4.5 關(guān)節(jié)的摩擦力學(xué)特性
    4.6 基于有限元靈巧手單手指結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析
    4.7 基于ADAMS和Simulink的靈巧手系統(tǒng)動力學(xué)聯(lián)合仿真
        4.7.1 引言
        4.7.2 靈巧手物理模型的建立
        4.7.3 基于Simulink的電機動力學(xué)分析
        4.7.4 基于ADAMS和Simulink的靈巧手動力學(xué)聯(lián)合仿真
        4.7.5 結(jié)論
    4.8 本章小結(jié)
第五章 仿人靈巧手傳感系統(tǒng)研究
    5.1 引言
    5.2 靈巧手指尖微型二維力傳感器研究
        5.2.1 引言
        5.2.2 設(shè)計要求及技術(shù)指標(biāo)
        5.2.3 指尖微型二維力傳感器機械系統(tǒng)設(shè)計
        5.2.4 二維力傳感器信號調(diào)理電路設(shè)計
        5.2.5 微型二維力傳感器輸出特性分析
        5.2.6 結(jié)論
    5.3 靈巧手指關(guān)節(jié)微型角位移傳感系統(tǒng)研究
        5.3.1 引言
        5.3.2 霍爾元件的工作原理
        5.3.3 非接觸式的微型角位移傳感系統(tǒng)設(shè)計
        5.3.4 角位移傳感系統(tǒng)輸出特性分析
        5.3.5 結(jié)論
    5.4 靈巧手指關(guān)節(jié)微型六維力傳感器研究
        5.4.1 引言
        5.4.2 六維力/力矩傳感器彈性體結(jié)構(gòu)設(shè)計
        5.4.3 彈性體結(jié)構(gòu)強度分析
        5.4.4 彈性體空間受力應(yīng)變分析
        5.4.5 測量橋路設(shè)計及標(biāo)定方法
        5.4.6 六維力/力矩傳感器信號調(diào)理及放大電路設(shè)計
        5.4.7 結(jié)論
    5.5 本章小結(jié)
第六章 靈巧手電氣及控制系統(tǒng)研究
    6.1 引言
    6.2 系統(tǒng)要求
    6.3 靈巧手總體電氣系統(tǒng)設(shè)計
    6.4 靈巧手通訊系統(tǒng)設(shè)計
    6.5 軟件控制平臺設(shè)計
    6.6 電源系統(tǒng)設(shè)計
    6.7 靈巧手控制系統(tǒng)設(shè)計
        6.7.1 笛卡爾空間基于位置的阻抗控制
        6.7.2 笛卡爾空間基于指尖力的阻抗控制
        6.7.3 靈巧手單手指阻抗控制實驗
    6.8 本章小結(jié)
第七章 靈巧手多指抓持運動學(xué)規(guī)劃及仿真研究
    7.1 引言
    7.2 多指抓持的運動學(xué)性質(zhì)
    7.3 多指操作系統(tǒng)活動性分析
    7.4 滾動操作運動分析及物體運動軌跡跟蹤
    7.5 仿人靈巧手多指抓持運動學(xué)仿真實驗
    7.6 本章小結(jié)
第八章 靈巧手多指操作及抓取實驗研究
    8.1 單手指關(guān)節(jié)運動實驗
    8.2 手腕關(guān)節(jié)運動實驗
    8.3 靈巧手多指同步聯(lián)動實驗
    8.4 靈巧手力封閉抓取實驗
    8.5 本章小結(jié)
第九章 結(jié)論
參考文獻(xiàn)
附錄A 基于等效元素集成法單手指動力學(xué)建模
攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況
致謝
附件


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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[5]中國載人航天發(fā)展回顧及未來設(shè)想——2010年空間環(huán)境與材料科學(xué)論壇大會講話[J]. 戚發(fā)軔.  航天器環(huán)境工程. 2011(01)
[6]基于聯(lián)合仿真技術(shù)的主動懸架自適應(yīng)模糊PID控制研究[J]. 陳黎卿,陳無畏,鄭泉,王繼先.  系統(tǒng)仿真學(xué)報. 2008(05)
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本文編號：3443781