軟體機器人易于制備、成本低、控制簡單、柔順性好,是機器人技術的前沿熱點。軟體手是軟體機器人的重要方向,天然的被動柔順特性使得采用簡單的驅動算法即可實現(xiàn)穩(wěn)定的抓取操作。結合可變剛結構,軟體手具備剛度可控的特性,并且,柔順性好、抓取力大,用于操作任務時,優(yōu)勢明顯。因此,本文圍繞可變剛度軟體手的混合驅動結構設計、控制系統(tǒng)設計、抓取定位算法和智能視覺抓取等方面展開研究。具體內容如下:（1）結合層阻塞變剛度結構與腱繩驅動方法,設計具備可變剛度能力的軟體手指。通過4根軟體手指和支撐底座組成可變剛度軟體手,腱繩帶動手指彎曲形變,真空操作實現(xiàn)手指提升,通過腱繩與變剛度的混合驅動,實現(xiàn)可變剛度軟體手多技能操作。（2）設計實現(xiàn)可變剛度軟體手的軟硬件控制系統(tǒng)。通過在嵌入式控制系統(tǒng)的硬件平臺上實現(xiàn)控制策略算法,產生多個執(zhí)行元件的同步控制時序信號,實現(xiàn)可變剛度軟體手包絡抓取、夾取、勾取和吸取的操作技能。（3）通過基于抓取數(shù)據(jù)樣本的遷移學習,實現(xiàn)基于殘差網(wǎng)絡的深度學習算法的訓練。算法用于處理深度相機的RGB-D深度圖像,生成當前平臺下對應的抓取成功概率分布二維矩陣,獲得抓取成功率最高的抓取位點,為機械臂的抓取規(guī)劃... 

【文章來源】：深圳大學廣東省

【文章頁數(shù)】：82 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

澆筑成型模具，a)Bilodeau等[10]設計的3D打印模具，b)HaoY等[11]設計的3D打印模具

基于多技能可變剛度軟體手的視覺抓取操作研究21.3可變剛度軟體手的研究現(xiàn)狀可變剛度軟體手由柔性材料和可變剛度結構制成，在抓取操作上體現(xiàn)出剛性手所不具備的優(yōu)越性能。柔性材料使得可變剛度軟體手在操作時具有包容性[8]，這種包容性使得可變剛度軟體手在面對外界的各種沖擊、碰撞等情況時，能夠將損壞等風險降到最小，為機器人系統(tǒng)調試時發(fā)生的誤操作提供緩沖空間。柔性材料的存在卻使得軟體手無法輸出足夠的承載力，變剛度結構則有利于克服傳統(tǒng)軟體手剛度不足，抓力偏小的缺點。1.3.1軟體手制備可變剛度軟體手常見的制備方法有兩種：澆筑成型和3D打印成型。澆筑成型是可變剛度軟體手最為常見的制備方式[9]。澆筑成型的方式需要設計模具，如圖1-1所示，模具內部常常留有孔道和懸空結構，用于形成軟體驅動器的氣路和“關節(jié)”等結構。圖1-1澆筑成型模具，a)Bilodeau等[10]設計的3D打印模具，b)HaoY等[11]設計的3D打印模具圖1-2軟體手制備方法示意圖，a)是澆筑成型制備[6]，b)3D打印制備[15]一般的制備流程如圖1-2（a）：以液態(tài)硅膠為例，液態(tài)硅膠的A、B組分液充分攪拌均勻后倒入模具的內腔，蓋上模具上蓋，濾除氣泡后在恒溫烤箱中加熱一定時長后固化，最后脫模成型。這種制備方法簡單方便，但不利于多種材料分層澆筑。采用3D打印制備的可變剛度軟體手主要是通過數(shù)字建模的方式構建三維結構，利用光固化或者熔融沉

㈦焐???偷緇钚?聚合物驅動三種。1)流體驅動流體驅動是最為常見的一種軟體手驅動方式。這種驅動方式是往軟體手指內腔通道注入流體，通過控制內部流體流量和壓強等方式使結構變形[17]。流體驅動的方式包括纖維增強驅動器和氣動人工肌肉。纖維增強驅動器是一種較早出現(xiàn)的流體執(zhí)行機構，是一種柔性執(zhí)行器，由可變形的彈性體組成，外部添加軸向束縛[18-20]。氣動人工肌肉是一種高度可變形、適應能力較強的柔性結構。通過壓縮流體增大壓強使得軟體手指彈性體發(fā)生形變[21]。氣動軟體手指結構類型和纖維增強型結構分別如圖1-4（a）和1-4（b）。流體驅動分氣壓驅動和液壓驅動兩種。由與空氣重量輕，資源多，且易于得到，氣動系統(tǒng)通常比液壓系統(tǒng)更受關注。圖1-4流體驅動軟體驅動器，a)氣動人工肌肉[17]和b)纖維增強驅動器[18]流體驅動的結構通常設計成幾何不對稱，或者保持結構的各向異性，使腔體的全向形變轉化為軟體手指的彎曲形變。文獻[22]使用纖維增強結構設計出一款仿人軟體手，

【參考文獻】：
期刊論文
[1]嵌入形狀記憶聚合物的柔性致動器仿真及性能測試[J]. 張姍姍,黨開放,焦志偉,劉由之,遲文凱.  塑料科技. 2019(08)
[2]繩驅動式欠驅動機械手穩(wěn)定抓取構型分析（英文）[J]. 呂辛,喬尚嶺,黃勇,劉榮強.  Journal of Southeast University（English Edition）. 2018(03)
[3]軟體機器人:結構、驅動、傳感與控制[J]. 王田苗,郝雨飛,楊興幫,文力.  機械工程學報. 2017(13)
[4]基于纖維增強型驅動器的氣動軟體抓手設計[J]. 魏樹軍,王天宇,谷國迎.  機械工程學報. 2017(13)
[5]氣動柔性驅動器及其在靈巧手中的應用研究綜述[J]. 張立彬,鮑官軍,楊慶華,高峰.  中國機械工程. 2008(23)

博士論文
[1]面向柔性服務機器人的若干前沿技術研究[D]. 孫昊.中國科學技術大學 2016

碩士論文
[1]基于低熔點合金的變剛度軟體仿人手指研制[D]. 張海容.哈爾濱工業(yè)大學 2018



本文編號：3615177