本文關(guān)鍵詞：面向服務(wù)機(jī)器人的蜂巢氣動(dòng)網(wǎng)絡(luò)軟件執(zhí)行器研究

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【摘要】：在科技日益進(jìn)步的今天,機(jī)器人也逐漸進(jìn)入大眾的視野。在工業(yè)領(lǐng)域機(jī)器人已經(jīng)逐漸代替人類(lèi)完成一些單調(diào)或危險(xiǎn)的工作,在生活領(lǐng)域機(jī)器人也逐漸成為人類(lèi)的助手提供一些服務(wù)或娛樂(lè)功能。但是在機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的同時(shí),性能的提升也遇到很多瓶頸,服務(wù)機(jī)器人的抓取問(wèn)題就是其中之一。本文以作者在實(shí)驗(yàn)室工作五年所參與的可佳服務(wù)機(jī)器人和蜂巢氣動(dòng)網(wǎng)絡(luò)軟體機(jī)器人研究為基礎(chǔ),創(chuàng)新之處和貢獻(xiàn)主要集中于可佳服務(wù)機(jī)器人的設(shè)計(jì)以及軟體機(jī)器人和軟體夾持器的抓取研究。針對(duì)于可佳服務(wù)機(jī)器人的設(shè)計(jì),通過(guò)合理的功能分析和獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),保證了其能夠簡(jiǎn)單有效的完成家庭服務(wù)任務(wù)且具有足夠的魯棒性能。關(guān)于軟體機(jī)器人的研究主要集中在提出了一種新的基于蜂巢氣動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的軟體機(jī)器人驅(qū)動(dòng)技術(shù)。關(guān)于軟體夾持器抓取的研究,主要是提出了一種適用于軟體夾持器的抓取策略,通過(guò)簡(jiǎn)單的開(kāi)環(huán)控制策略即可實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)的抓取且保證了足夠高的抓取成功率,為解決服務(wù)機(jī)器人的抓取問(wèn)題提供了一種新的解決思路。具體表現(xiàn)在如下三個(gè)方面。第一方面是設(shè)計(jì)制作了可佳服務(wù)機(jī)器人的硬件平臺(tái)。當(dāng)前服務(wù)機(jī)器人結(jié)構(gòu)主要包含底盤(pán)驅(qū)動(dòng)和操作平臺(tái),部分機(jī)器人為了增加服務(wù)性能會(huì)有其他擴(kuò)展結(jié)構(gòu)。現(xiàn)有底盤(pán)驅(qū)動(dòng)主要以全向輪結(jié)構(gòu)為主,但是卻有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜和運(yùn)動(dòng)合成難度較大等問(wèn)題。為了有效的解決服務(wù)機(jī)器人的設(shè)計(jì)制造和運(yùn)動(dòng)合成以及在家庭狹窄空間內(nèi)轉(zhuǎn)向等難題,同時(shí)結(jié)合可佳機(jī)器人的服務(wù)場(chǎng)景考慮和功能任務(wù)需求,提出了雙輪差動(dòng)的底盤(pán)驅(qū)動(dòng)方案。操作平臺(tái)設(shè)計(jì)為五自由度機(jī)械臂并配備末端夾持器。結(jié)合升降系統(tǒng),保證了可佳服務(wù)機(jī)器人可以在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)物體操縱,提高了其交互性能。第二方面是提出了基于蜂巢氣動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的軟體機(jī)器人驅(qū)動(dòng)技術(shù)。傳統(tǒng)機(jī)器人主要由硬質(zhì)多連桿結(jié)構(gòu)組成,通過(guò)在關(guān)節(jié)處的電機(jī)和減速機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。由于其結(jié)構(gòu)的剛性和電機(jī)的伺服特性,在與人交互或操作一些柔軟物體時(shí)難以進(jìn)行隨動(dòng)控制或柔性操作,因此其使用受到極大的限制。軟體機(jī)器人是近年來(lái)逐漸受到學(xué)者關(guān)注的新型機(jī)器人結(jié)構(gòu)。軟機(jī)器人一般由軟體材料制成,通過(guò)電壓、氣壓或環(huán)境因素的變化實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)�；谌嵝圆馁|(zhì)的特點(diǎn),軟體機(jī)器人一般不需要傳感器輔助即可實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)的交互,在操作一些柔軟或易碎物體時(shí)以及與人交互方面具有極大優(yōu)勢(shì)。作者所在團(tuán)隊(duì)提出了一種全新的基于蜂巢氣動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的軟體驅(qū)動(dòng)技術(shù)。以硬質(zhì)六邊形結(jié)構(gòu)作為結(jié)構(gòu)骨架并在單元內(nèi)部嵌入氣囊實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng),即可組成一組蜂巢氣動(dòng)網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)合理的結(jié)構(gòu)布置,該驅(qū)動(dòng)器不僅可以同時(shí)作為拉力和推力驅(qū)動(dòng)器,更具有極高的形變性能和伸縮比例,有望在抓取和運(yùn)送等多種領(lǐng)域發(fā)揮其作用。第三方面是提出了一種基于蜂巢氣動(dòng)網(wǎng)絡(luò)軟體夾持器的抓取策略。傳統(tǒng)夾持器一般通過(guò)在夾持器末端配備多種傳感器并結(jié)合特定的抓取策略進(jìn)行抓取。本文以蜂巢氣動(dòng)網(wǎng)絡(luò)軟體夾持器為基礎(chǔ),提出了一種簡(jiǎn)單的開(kāi)環(huán)抓取策略。基于軟體機(jī)器人具有無(wú)限自由度的特性,可以實(shí)現(xiàn)夾持器和物體表面極好的貼合。結(jié)合蜂巢氣動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)動(dòng)特性和抓取特性,針對(duì)每個(gè)備選抓取點(diǎn)進(jìn)行抓取過(guò)程模擬,以確定其最終抓取形態(tài)。對(duì)于每個(gè)備選抓取點(diǎn)的最終抓取形態(tài),提取出判定點(diǎn)進(jìn)行相對(duì)形封閉性判定以確定可行解集合。對(duì)于每個(gè)可行解方案,通過(guò)計(jì)算適用于蜂巢氣動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的軟體夾持器的評(píng)價(jià)函數(shù)以獲取最優(yōu)值,得到對(duì)應(yīng)的最佳抓取方案。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該軟體夾持器及其抓取策略大幅提高了對(duì)常見(jiàn)幾何形狀物體的抓取成功率
【關(guān)鍵詞】：服務(wù)機(jī)器人 軟體機(jī)器人 蜂巢氣動(dòng)網(wǎng)絡(luò) 夾持器 抓取
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TP242
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-15
• 主要符號(hào)對(duì)照表15-16
• 第一章 緒論16-30
• 1.1 服務(wù)機(jī)器人研究概述16-19
• 1.2 機(jī)器人抓取研究現(xiàn)狀19-21
• 1.3 軟體機(jī)器人研究概述21-25
• 1.4 研究?jī)?nèi)容25-28
• 1.4.1 可佳服務(wù)機(jī)器人設(shè)計(jì)25-26
• 1.4.2 軟體夾持器及其抓取策略26-28
• 1.5 文章組織28-30
• 第二章 可佳智能服務(wù)機(jī)器人設(shè)計(jì)30-42
• 2.1 服務(wù)機(jī)器人技術(shù)30-32
• 2.1.1 運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)30-31
• 2.1.2 操作平臺(tái)31-32
• 2.2 可佳服務(wù)機(jī)器人設(shè)計(jì)32-39
• 2.2.1 底盤(pán)系統(tǒng)33
• 2.2.2 手臂系統(tǒng)33-35
• 2.2.3 升降系統(tǒng)35
• 2.2.4 控制系統(tǒng)35-39
• 2.3 可佳服務(wù)機(jī)器人剛性?shī)A持器39-42
• 第三章 蜂巢氣動(dòng)網(wǎng)絡(luò)軟體機(jī)器人42-50
• 3.1 軟體機(jī)器人概述42
• 3.2 軟體機(jī)器人技術(shù)42-44
• 3.3 蜂巢氣動(dòng)網(wǎng)絡(luò)軟體機(jī)器人44-46
• 3.3.1 驅(qū)動(dòng)原理44
• 3.3.2 設(shè)計(jì)原型44-45
• 3.3.3 參數(shù)特性45-46
• 3.4 蜂巢氣動(dòng)網(wǎng)絡(luò)軟體夾持器46-50
• 第四章 軟體執(zhí)行器抓取規(guī)劃50-62
• 4.1 軟體夾持器的抓取規(guī)劃50-51
• 4.2 抓取可行解51-53
• 4.3 形封閉性理論53-54
• 4.4 評(píng)價(jià)函數(shù)54
• 4.5 抓取的求解過(guò)程54-56
• 4.6 實(shí)驗(yàn)及討論56-62
• 第五章 總結(jié)62-66
• 5.1 本文工作總結(jié)62-63
• 5.2 未來(lái)工作展望63-66
• 參考文獻(xiàn)66-70
• 致謝70-72
• 在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與取得的研究成果72

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