一、基于非完整运动规划的多指手灵巧操作（论文文献综述）
张亚琪[1]（2020）在《多指灵巧手拟人操作规划方法研究》文中研究指明多指灵巧手作为机器人的末端执行器,是机器人的重要组成部分,具有高度的灵巧性和操作性,一直是机器人领域的研究热点之一。目前对多指灵巧手的研究大多集中在灵巧手结构的开发和抓取运动的规划,对于抓取之后的精细操作运动和重定位分析等方面的研究尚未完全展开。建立一定的操作运动规划可以实现多指灵巧手像人手一样灵巧的操作不同形状的物体,因此,研究手指精细操作的指态过程和运动模型对多指灵巧手的开发和灵活性运用具有重要意义。本课题针对多指灵巧手的操作运动规划问题进行了分析与研究,设计了手指操作的运动指态,建立了手指操作运动学模型,并通过基于Open GL自主研发的仿真模拟平台仿真和实验验证了理论模型的正确性。本文主要的研究内容如下:（1）研究了人手抓取操作目标物体过程的规律和操作策略。人手作为灵巧多指手的灵感来源,可以完成很多复杂的操作运动,分析人手操作过程习惯模式和存在的规律性,提出了适合机械手操作的运动指态,推导出符合的理论模型。对具体工作任务进行降维分析,细化为许多子任务,将整体运动过程“积木化”,拆分成多个动作模块,作为操作不同目标物体时的运动基础。（2）建立多指灵巧手操作物体的数学模型。分析灵巧手本身的结构特点,研究多指灵巧手操作物体时手指指尖与手指关节角位置之间的关系,包括正、逆运动学模型和手指可达空间,为后续的操作规划研究提供理论依据。对多指灵巧和目标物体的操作建模作了简化和抽象,将人手的操作习惯和指态融入多指灵巧手模型中,针对不同外形的目标物体设计指尖运动轨迹,建立理论模型。（3）讨论了手指的操作性指标,生成不同指态模式下的算法。考虑到指尖完全脱离物体表面做操作运动的前提条件,基于评价指标以及物体和关节的速度映射关系,针对于不同的起始指态,生成了两种不同指态模式下的算法。（4）用自主研发的仿真平台对手指建模并对运动过程进行了仿真分析。实验结果和理论分析基本吻合,验证了三指操作目标物体运动模型的有效性和准确性。上述研究的结果表明,本文建立的操作指态和基本理论模型能够比较准确地描述简单目标的手内精细操作过程,本文的研究成果为多指灵巧手的进一步开发和精细操作复杂物体提供了初步的理论基础。
雷翔鹏[2]（2020）在《欠驱动多指机械手爪抓取能力优化与承载能力分析》文中提出人手具有自由度多、灵活度高、出力大等特点,直到现在,还没有一款机器人手能完全模仿人手的功能,为了尽可能模仿人手的高灵活度、可靠性、广泛适用性,研究人员研发了高自由度的灵巧手。欠驱动多指机械手爪作为工业机器人的一种末端执行器,具有独特的机械结构和灵巧的操作性能,使得对目标物体的抓取规划变得非常复杂。欠驱动机构的夹持抓取方式,抓取稳定性以及其抓取稳定可靠性直接决定欠驱动机构设计的成败。由于欠驱动关节的驱动相对于全驱动关节来说是非独立的,其几何参数对抓取稳定性能的影响是未知的,而一个完整的多指抓取规划包括接触点位置布局、接触模型和多指手位形规划等,涉及到静力平衡、接触约束和运动约束等问题。为使欠驱动多指机械手能够保证抓取方式的多样性,具有较大承载能力且能够实现稳定抓取。本文根据一款模块化欠驱动多指机械手爪的工作原理及制作工艺,设计并优化了一种可变手指构型的欠驱动多指机械手爪。经过设计优化后的机械手可以主动适应不同抓取对象的外形要求,结构简单、控制方便,有较好的适应能力。其主要研究内容如下:利用Creo软件对机械手爪整体结构的三维模型进行结构优化,确定其基本配置;进而基于模块化设计思想,设计手指模块、电机驱动模块等结构功能块。设计两款能够实现多种抓取构型的手指机构,建立机械手抓取模型和物体模型,提出所要优化设计的结构参数。针对抓取方式及抓取质量等多个因素对机械手抓取稳定性的影响,基于D-H法建立其正运动学、逆运动学模型。在此基础上,以单个手指为例进行分析研究,验证了运动学正解与逆解以及动力学方程的准确性。基于欠驱动手自身的结构特性及抓取任务的要求,本文根据欠驱动手三种不同的抓取模式分别针对不同的被抓物体进行ADAMS仿真分析,得到了欠驱动手稳定抓取时的接触力曲线;研究手指机构的运动特性,并验证欠驱动手整体结构的合理性。在建立完仿真环境后,对三种抓取模式下的欠驱动手指的基指节推杆与中心滑盘连接手指处所受应力最小为目标在ADAMS中进行参数优化来优化基指节内部推杆的长度及摆动的角度,得到最优解后根据ADAMS仿真得到的力学数据;利用ANSYS对整个欠驱动手以及两种不同的手指机构进行强度分析,验证欠驱动手以及手指机构的承载能力。在验证欠驱动手抓取稳定性的过程中,手指的性质对欠驱动手的抓取稳定性影响很大。对欠驱动机械手的单个手指的属性进行分析,分析了关节接触点位置及接触力对抓取稳定性的影响,提出了接触力及力矩平衡的理论研究分析方法,探讨了影响抓取稳定性的因素。其后,进行欠驱动机械手的控制系统的设计,编写配套的控制程序。可使用PC应用界面进行抓取控制,可完成机械手自身的抓取动作以及手指的转位运动。最后搭建欠驱动多指机械手爪抓取的实验平台。将机械手安装在六自由度机械臂上,通过抓取不同尺寸、形状和质量的物体,验证机械手抓取的多样性、自适应性及抓取的稳定性。
张潇[3]（2020）在《机器人自适应柔性变掌多指手的研究》文中研究说明随着机器人技术的快速发展,自动化技术也越来越多地应用于食品加工领域。但是,对于食品行业操作对象柔、脆、易损,形状、尺寸及质量差异较大等问题,目前现有的机器人末端执行器很难实现较好地抓取。另外,随着机器人多指手的不断发展,抓取规划问题也逐渐成为了研究的热点。国内外学者提出了多种抓取规划方法,但是目前这些方法在实际应用方面都具有一定的局限性,且计算较为复杂。为此,本文通过仿生学原理,设计了一种机器人自适应柔性变掌多指手,并提出了基于柔性变掌多指手的FAPH抓取规划算法。通过变掌机构的构型变换,可以适应各种形状、尺寸差异较大的物体;利用软体手指的柔顺性,可以满足各种柔、脆、易损物体的抓取需求;通过FAPH算法,可以计算出物体最优抓取点的个数与位置坐标。既提高了机器人多指手的抓取质量和适应性,又降低了其抓取规划和控制的难度。本文的主要工作内容如下:（1）使用“解耦”的方法将柔性变掌多指手分为变掌机构和软体手指两部分进行研究:通过对人手的仿生机理分析,设计了一种仿人手掌的变掌机构,具有6个自由度,可以利用构型的变换来改变工作空间和抓取点的位置;根据对人手指的分析,选取了现有的结构方案与制作方法来制作软体手指。（2）对变掌机构进行运动学分析,通过建立数学模型分析当利用二指、三指、四指抓取物体时变掌机构的构型如何变换。利用Matlab分析了单个软体手指的运动轨迹以及利用多个手指抓取物体时的工作空间,经过分析对比,说明变掌机构极大地增加了多指手的工作空间,并且使得软体手指可以到达空间的大多数位置,明显提高了多指手的适应性。（3）通过实际抓取需求分析,提出了柔性变掌多指手利用二指、三指、四指抓取物体时的稳定性评价指标,并基于该指标,提出了适用于柔性变掌多指手的FAPH抓取规划算法,可以计算出物体最优抓取点的个数及位置坐标。通过实例计算,进一步阐述了算法的具体过程。（4）设计了柔性变掌多指手的控制系统,包括气路控制、机构控制等。对控制系统中的主要硬件模块进行了选型,并开发了控制系统的软件,包括基于PC及树莓派端的上位机软件,以及可以测试软体手指性能的人机界面。（5）进行了柔性变掌多指手的样机实验,包括实验平台的搭建、变掌机构的构型变换实验、FAPH抓取规划算法实验,并选取了23种形状、尺寸及质量等不同的物体进行了抓取实验。通过实验,验证了变掌机构的构型规划和FAPH抓取规划算法的可行性与有效性,并且检验了柔性变掌多指手对不同物体的适应性及抓取的稳定性。结果表明,柔性变掌多指手的抓取能力和适应性以及控制系统达到预期设计要求。
任书锋[4]（2020）在《空间两物体滚动约束系统运动规划和鲁棒控制》文中研究指明灵巧机械手和球形机器人是机器人研究领域的热点,这两类机器人系统在运行过程中都存在与物体的接触,其中物体间纯滚动接触是一种主要的接触形式。与滑动接触相比,纯滚动接触能量损耗小,通过建立的滚动约束非完整系统,可以使用较少的驱动器实现灵巧操作,有利于简化机构、降低成本并提高系统可靠性。灵巧机械手通过对多指运动规划可获得期望的抓取姿态,球形机器人通过轨迹规划在到达地面指定位置的同时保证接触点为球面的目标位置,要实现这些任务首先需解决两个物体在滚动约束下的运动规划问题。由于滚动约束非完整系统状态变量之间相互耦合,带来了规划上的困难,并且运用于实际作业,还需抵抗不确定性对系统的扰动,因此建立完整的滚动约束系统轨迹规划和鲁棒控制算法,对移动机器人和灵巧手规划控制领域的发展具有重要意义。本文基于滚动约束一阶运动模型,考虑空间变曲率滚动约束系统,建立了滚动约束系统离线轨迹规划算法;基于规划轨迹,采用“离线规划、在线控制”策略,建立实时反馈控制器,将参数不确定性和反馈噪声信号引入模型中,基于扩展卡尔曼滤波和全状态反馈控制建立了鲁棒控制算法。研究成果为一般三维物体滚动约束系统轨迹规划和鲁棒控制提供指导。主要研究内容包括以下几个部分:1)滚动约束系统级联轨迹规划算法基于空间物体微分几何模型建立滚动约束系统控制仿射模型;设计滚动约束系统全状态空间的级联轨迹规划算法,使用两状态控制和配点法快速获得初始优化轨迹,再级联迭代线性二次调节器生成高精度的光滑轨迹,最终获得平滑的控制输入和路径最短的优化轨迹;通过球-球和椭球-椭球滚动约束模型的仿真结果,证明算法对变曲率模型的适用性,相比于已有方法,构建的级联算法获得的轨迹更优。2)滚动约束系统在线控制方法与最优参数设计建立了扰动影响下的滚动约束系统在线控制算法,将离线规划的结果作为在线控制的名义轨迹和控制,基于模型预测算法实现系统的在线控制;线性化模型预测控制的计算效率较高可满足实时控制的需求,该控制器对初始偏差和不同目标轨迹有较好的鲁棒性,测试获得控制器的最优参数;通过与最优动作控制和非线性模型预测控制方法在计算效率和稳定性方面的对比,证明建立的方法在滚动约束系统实时控制上的优越性。3)不确定性下的滚动约束系统鲁棒控制基于对系统及其线性化轨迹能控性的分析,结合全状态反馈控制和模型预测控制建立鲁棒控制算法;在控制环节中引入模型内部参数的不确定性和外部的噪声信号,使用扩展卡尔曼滤波实现系统的状态估计;开发了开源仿真平台,实现球模型和椭球模型在不确定扰动下轨迹跟踪仿真,评估鲁棒控制算法对模型参数不确定性、状态不确定性和控制不确定性的最大鲁棒能力。本文采用离线规划和在线控制的方式,建立了空间两物体点接触纯滚动约束系统的轨迹规划和鲁棒控制算法,为含滚动接触的机器人系统,如球形移动机器人在复杂环境中运动、灵巧机械手操作物体等,提供了高效率和高鲁棒性的控制方法。
周思远[5]（2019）在《基于并联机构的多指灵巧手设计与分析》文中研究说明多指灵巧手是一种机器人末端执行器,它模仿人手的外形结构,拥有多手指、多关节、多自由度,具有近似于人手的功能,能对不同形状的物体进行多种抓取和操作任务,在现代化工业生产中有广阔的运用前景。目前大部分灵巧手采用的是串联机构,串联机构结构简单,易于控制,但存在着抓取精度低、稳定性差等缺点,而并联机构在这些方面有着天然的优势,具有高灵活性、高精确度和高工作适应性等特点。因此,本文基于人手的运动能力,设计出两种满足人手运动类型的多指灵巧手,并以此为目标做了以下工作:首先,基于旋量理论和虚拟链法进行构型综合,提出一种三自由度手指机构和一种四自由度手指机构,为了解决并联机构相互干涉的问题,对手指进行了限位机构的设计,参考人手的尺寸和目前灵巧手的尺寸,对两种手指机构进行了设计与建模。然后,通过理论计算对这两种手指机构展开了运动学分析,包括并联机构的正解和反解、速度、加速度、工作空间等,并与串联手指机构的工作性能进行了对比分析,验证并联手指机构的可靠性。接着,为两种手指机构设计出相适应的手掌,并将两者进行组合,形成两种并联多指灵巧手的构型,这两种灵巧手的运动能力可以通过分析其等价的并联机构来获得,通过对灵巧手抓取前和抓取后的运动能力分析,验证了设计的合理性。最后,本文运用遗传算法对并联多指灵巧手进行了尺寸优化设计,通过Solidworks软件对并联多指灵巧手进行整体以及部分受力分析,利用ADAMS软件对并联多指灵巧手进行了仿真分析,研究结果验证了理论计算的正确性。
龚晓光[6]（2019）在《三指机械手结构与控制系统的设计》文中研究表明多指机械手是现代工业中较为常用的一种智能化机器人末端执行器,一般与各式各样的机械臂配合,代替人力劳动,广泛应用于加工、装配和搬运等工业过程中,其研究、设计与制造涉及了机械、材料、计算机、自动化等多门学科,是机器人领域中的一个重要研究方向。随着工业技术的不断发展,人们对多指机械手的要求也越来越高。现阶段对于机械手的研究与性能改善主要集中在两个方面,机械结构和控制系统,前者是执行工具,直接影响操作任务的执行效果;后者是处理中枢,决定了机械手执行任务的方式。本文的重点就是研究并设计一款多指机械手的结构和控制系统。首先,以应用在零件装配工艺过程中的多指机械手为研究对象,结合国内外多指机械手研究现状和各项设计指标,对其机械结构进行相应的理论分析,确认手指型式和机械手样式。该模型通过连杆传动方式,降低控制难度;并采用欠驱动模式,使用直流伺服电机,在保证驱动力的同时,减小整个结构的体积。在此基础上,设计机械手的整体结构,包括主要零部件的设计思路和详细设计图纸。其次,对所设计三指机械手的等效模型进行运动学分析和静力学分析,以保证手指运动轨迹的平滑和连续,进而确认机械手的运动范围和运动轨迹。同时根据目标物体的区别对抓取任务进行分类,从而进行抓取任务设计,分析机械手的稳定性指标和灵巧性指标,以验证和优化机械手指的运动参数。然后,对三指机械手控制系统进行研究与设计,包括柔顺控制算法研究、软硬件原理分析及设计。通过力/位置混合算法对手指的关节位置和力进行控制,根据位置传感器反馈的信息和规划轨迹完成机械手的指尖位置控制;同时根据压力传感器提供的信息实现基于系统位置的关节力控制,进而实现手指主动柔顺。最后,将机械手样机、控制系统软硬件及上位机连接进行联调,依次进行参数验证实验及抓取性能实验。实验证明所设计的机械手运行参数符合设计要求,控制系统既可以通过有线和无线的方式控制机械手完成各种抓取任务,也可以实现抓取任务所需的柔性。
郑英策[7]（2018）在《变胞多指灵巧手预抓持手型与姿态映射方法分析》文中认为变胞多指灵巧手是采用球面五连杆机构作为手掌的一种新型多指灵巧手,通过将可重构变胞机构运用到机械灵巧手的手掌部分,以增加手掌额外自由度的方式拓展了机械灵巧手的工作空间与抓持灵活性。本文主要的研究内容是建立一套基于变胞手掌参与程度的预抓持手型分类方法,以空间虚拟曲面作为人手抓持手型信息传递媒介,实现从人手抓持手型到变胞多指灵巧手抓持手型的姿态映射过程,具体内容如下:（1）以变胞三指灵巧手和变胞四指天王手作为分析研究对象,通过对人手抓持过程的细化分类,着重探讨了变胞多指灵巧手的预抓持过程。针对变胞多指灵巧手的手掌结构特点,以目标待抓持物体与变胞多指灵巧手接触点以及变胞手掌的参与程度作为主要参考,建立了一套简洁的抓持手型分类描述方法。（2）提出了一种以姿态映射为核心的抓持手型映射方法,以空间虚拟球面作为描述人手抓持手型的信息传递媒介,分别针对变胞三指灵巧手和变胞四指天王手这两个具体的对象,建立了从人手抓持手型到变胞多指灵巧手抓持手型的姿态映射模型,并使用参数化的指标对抓持手型姿态映射结果进行了有效评价。（3）基于本课题所提出的抓持手型映射方法,以变胞四指天王手作为执行操作对象,实现了实验室条件下人手对变胞多指灵巧手的实时控制,并从抓持手型映射结果的仿人性角度对结果进行了评价。此外,为了充分拓展变胞多指灵巧手的工作应用场景,本文初步分析了对变胞多指灵巧手进行抓持训练的可能性,并初步建立了基于人手抓持手型训练集的抓持学习机制,探讨了基于人手抓持手型训练集以及回归分析方法的参数指标。本文创新性的应用空间虚拟球面作为姿态映射方法的核心,分析了变胞多指灵巧手的抓持手型的姿态映射过程,建立了整个映射过程的数学模型并应用试验的方法对映射结果进行了有效的评价。
薛亚许[8]（2018）在《基于多模态感知的人手动作捕捉与识别》文中指出机器人通过模拟人手完成复杂的类人操作任务,在航空航天、仓储物流、医疗、军事、手势操控安全驾驶等领域发挥着越来越大的作用。其中,多指机械手是机器人实现灵巧操作的核心部件,深入研究人手动作捕捉和人手动作识别是仿人多指机械手类人操作研究的基础。在国家自然科学基金项目“多模态人手手内操作技巧研究及其在仿生机械手上的应用（51575412）”、欧盟项目“欧盟第七框架计划:DREAM项目（611391）”、国家自然科学基金项目“不确定环境下基于多源信息融合的机器人灵巧手稳定操作机制研究（51575407）”等的资助下,展开基于多模态感知的人手动作捕捉与识别研究。主要工作和研究结果如下:（1）针对人手灵巧操作的研究主要体现在一些简单动作,缺少对人类所擅长复杂动作的深入研究,比如人手手内操作、双手协调、多次操作等问题,以人手为研究对象,提出了人手对物体的灵巧操作机理;通过分析人手自然结构,研究了人手在面对不同操作任务和不同物体时所采取的接触模式与操作模式,抓取点布局以及相应的力封闭性;根据人手与物体之间的运动模式,归纳了人手与物体的交互方式,提出了一种人手动作分类方法,并分为简单动作和复杂动作,为人手动作捕捉与识别奠定基础。（2）在人手简单动作捕捉方面,针对单一感知技术获取人手动作信息的局限性,采用接触式多模态感知技术,构建了人手动作多模态数据采集平台,主要包括表面肌电信号捕捉系统、数据手套和手指压力感知系统,同步获取人手操作过程的肌电信息、手指角度轨迹和力信号等多模态数据;提出了人手动作的捕捉方法,设计了人手简单动作集,选择受试人员,获取了人手简单动作的原始信号,经高速数字信号处理器处理后同步上传至上位机;提出了一种基于阈值的动作分割方法,得到了经过分割后的原始信号;采用基于经验连接函数的斯皮尔曼等级相关,分析和研究了人手手指轨迹、接触力和SEMG等3种信号的相关性,验证了不同信号之间的关系对人手动作完成产生的影响;采用时域特征提取方法,提取原始信号的6种代表性特征,构建了人手简单动作的特征样本库。研究结果为人手简单动作识别提供原始数据和特征样本库。（3）在人手简单动作识别方面,针对支持向量机多分类方法的多类不可分区域、误分、拒分、误差积累等问题,提出了基于ADAG-SVM的人手简单动作识别方法和仿真试验方法,完成了仿真试验,从感知技术、识别方法、受试人员等方面,验证了基于ADAG-SVM的人手简单动作识别方法的效果,平均识别率达到了94.57%,相对识别率最高。将提出的基于ADAG-SVM的人手简单动作识别方法应用到车辆驾驶辅助手势识别中,通过系统框架设计、车载手势动作捕捉、特征提取以及试验结果分析,7种手势的识别率都达到了94%以上,验证了基于ADAG-SVM的人手动作识别方法较好的识别效果,以及基于车载视觉的手势识别系统的可行性。（4）在人手复杂动作捕捉方面,针对非接触式多模态感知技术应用于人手复杂动作识别中,存在2种及以上非接触式传感器的联合校准问题,采用混合式多模态感知技术,以Kinect和SEMG作为硬件基础,构建了人手复杂动作多模态数据采集平台,提出了人手复杂动作捕捉方法和试验方法,设计了人手复杂动作集,挑选了具有代表性的受试人员,获取人手复杂动作的时域信号和3D图像的原始信号;提出了基于人手复杂动作的图像分割和特征提取方法,提取了手部区域图像特征信息,与人手复杂动作时域信号的特征样本数据共同构成了人手复杂动作的特征集。研究成果为人手复杂动作识别提供原始数据和人手复杂动作的特征样本库。（5）在人手复杂动作识别方面,选用ML（Marquardt-Levenberg）人工神经网络算法,提出了基于ML的人手复杂动作识别方法和仿真试验方法,完成了仿真试验,从感知技术、识别方法、受试人员等方面,验证了本文提出的基于ML的人手复杂动作识别方法的效果。仿真结果表明:基于ML的人手复杂动作识别方法易收敛、计算速度快,平均识别率为95.10%,优于单一感知技术的识别效果。本文完成了基于多模态感知的人手动作捕捉与识别研究,在理论研究、计算机仿真和试验平台搭建进行了有益的探索,为实现仿人多指机械手的类人灵巧操作和推广应用奠定了一定的理论和技术基础。
喻群超[9]（2018）在《基于卷积神经网络的物体抓取研究》文中研究表明近年来,随着机器人在各个行业的应用,各个研究机构都加大了对机器人的研究,以求提高机器人的各项性能,而作为机器人基本功能的抓取操作成为了一个重要的研究方向。为了提高物体抓取的成功率和准确度,很多研究者将物体的抓取框作为研究对象,通过选择物体的最佳抓取框来提高抓取的成功率和准确度。本文借鉴人类抓取物体的特点,提出一种三级卷积神经网络用于物体抓取框的检测,实现了对未知物体的高准确度抓取。所提出的三级卷积神经网络:第一级用于物体的初步定位,为下一级卷积神经网络搜索抓取框确定位置;第二级用于获取预选抓取框,以较小的网络获取较少的特征,从而快速地找出物体的可用抓取框,剔除不可用的抓取框;第三级用于重新评判预选抓取框,以较大的网络获取较多的特征,从而准确地评估每个预选抓取框,获取最佳抓取框。测试结果表明三级卷积神经网络比单一卷积神经网络获得的抓取框正确率提高了 6.1%。单纯地使用RGB图像来获取物体的抓取框,抓取框的正确率容易受到被抓取物体颜色和背景图案的影响。因此,针对单纯使用RGB图像来获取抓取框时所出现的问题,本文对三级卷积神经网络的结构进行了修改,在三级卷积神经网络的第二级网络中加入专门处理深度图像的卷积神经网络,并对选择最佳抓取框的算法进行了优化,使得改进型三级卷积神经网络弥补了原三级卷积神经网络的不足之处。在测试中,抓取框的正确率在原有基础上再次提高了 2.6%,并在将夹持器作为抓取执行机构的Youbot机器人上实现了高准确度的抓取操作。利用夹持器进行物体抓取时,夹持器大小和结构严重地制约了被抓取物体的类型,很难对心形、三角形、五角星等复杂几何形状的物体进行有效抓取。多指灵巧手具有多自由度、多关节的特性,适合各种几何形状物体的抓取,但目前大多数多指灵巧手的抓取方法需要知道物体的3D模型,在缺少物体3D模型时,很难对物体进行精确的抓取。针对这些问题,本文设计出适合于多指灵巧手进行物体抓取的两级卷积神经网络,通过两级卷积神经网络来获取多指灵巧手在进行物体抓取时手指在物体上的分布情况。在测试中,利用两级卷积神经网络获取的手指分布正确率在95%以上,并在不知道被抓取物体三维模型的情况下,实现了Shadow多指灵巧手对未知物体的高准确度抓取。
吕博瀚[10]（2018）在《空间机器人多自由度灵巧手关键技术研究》文中研究说明具有多感知功能的仿人灵巧手作为机器人的末端执行机构,是仿生机器人领域的一个重要的研究方向。本课题来源于中国运载火箭技术研究院第十八研究所自筹的预研项目“空间机器人多自由度灵巧手关键技术研究”,立足于宇航空间机器人在微重力环境中对固定或进行漂浮运动的目标进行定位抓取、卫星燃料的加注以及针对废弃飞行器中有价值零部件的拆卸等空间在轨服务的任务需求,设计一套具有多种感知功能、抓握力大、稳定性高、运动精准的仿人灵巧机械手,并与十八所自主研制成功的空间机械臂相结合,从而实现“空间机械臂-仿人灵巧手”在宇宙微重力环境中进行精细作业的能力。本文的研究意义在于:具有多种感知功能的灵巧手及其智能抓取操作的研究,可以增强空间机器人在外太空微重力环境等极端条件下完成精确定位及稳定抓取等精细作业的能力,提高空间机器人系统的智能化水平,对空间机器人、危险环境下的精密操作和高级服务机器人等领域将产生重要的影响。人手是经过自然环境的考验而进化成的最灵活、最精巧的末端执行机构。为了使空间机器人能够完全替代宇航员出舱来完成复杂的操作任务,要求机器人的灵巧手具有与人手结构相似的比例、大小以及活动能力,这将由机械本体结构、精密传动机构、传感系统结构以及驱动控制系统结构的集成所共同决定。此外,仿人灵巧机械手还必须具备与人手相当的对物体的操控能力,例如进行精密灵巧操作时要求各手指末端具有足够的位置跟踪精度,而抓取结构强度低、易碎的物体时还要求各手指关节具有良好的力控制精度,在面临外界环境变化的多样性以及操作目标的不确定性时,还要求灵巧手系统具有足够的抗干扰能力和适应能力,从而保证对目标物体的稳定抓持和灵巧操作,这些均对仿人灵巧手机电一体化系统的总体性能提出了极高的要求。完整地设计了一套尺寸比例拟人化、具有18自由度的模块化仿人灵巧手CALT-18。CALT-18仿人灵巧手采用了模块化设计思想,根据人手结构的尺寸和比例,通过集成化的机械本体和紧凑化的传动机构设计,成功地实现灵巧手本体机械结构的优化设计和单手指的模块化及可互换性,同时也实现了机械结构本体、精密传动机构、传感系统、电气控制系统及高速实时EtherCAT通信系统的高度集成。相比于最先进的NASA Robonaut2灵巧手,提高了四指、五指的灵活性及操作能力,增加了灵巧手系统的总体自由度数,理论上其工作空间和灵巧操作空间将会得到提升。相比于驱动器内置型HIT/DLR-II灵巧手,采用钢丝绳索远距离传动,一方面有利于减少外形尺寸、降低灵巧手的总体重量;另一方面不受驱动电机尺寸的约束,采用大功率的伺服电机,增大灵巧手的抓握力,使其更有利于工程上的应用。在多自由度机构与微传动控制领域,在有限空间内通过柔性腱或柔性钢丝绳索实现远距离传动是一种十分有效的传动方式。而传动腱的固定方式在很大程度上影响机构的传动效率,本文发明了一种用于腱传动的锁紧工装,针对腱驱动灵巧手的传动腱的固定方式进行了特别的设计,利用高刚度金属的塑性变形对钢丝绳索紧固,不仅可以对柔性腱提供足够抱紧力,还可以精确控制紧固块的外形尺寸。相比钢丝绳打结的方式,该方法对于狭小空间的腱绳安装具有重要的指导意义,可以很好地保证绳索强度和装配精度,消除间隙,实现精密传动。传感系统是灵巧手感知外界环境以及自身状态的核心部分,本文针对CALT-18灵巧手成功研制了指尖二维力传感器和指关节微型角位移传感系统。针对灵巧手力感知的需求,将力传感器弹性体与手指关节结构进行一体化设计,从最开始的弹性体结构设计、应变片粘贴及组桥,到信号调理放大电路的设计,通过标定实验和算法校正,最终获得了较为理想的输出特性曲线。验证了用于仿人灵巧手指尖微型二维力传感器设计方法的可行性和有效性,更重要的是解决机器人灵巧手指关节狭小空间内,力传感器难以集成的问题。针对灵巧手指关节转角测量问题,本文成功研制了一种新型绝对式小型角位移传感系统,基于霍尔效应的基本理论,通过偏心圆环型的感应磁环进行特别的磁路设计,利用标准的磁编码器进行高精度的标定试验,并基于BP神经网络算法进行高精度的非线性曲线逼近,实验结果表明,全量程预测误差不超过±0.015°,在狭小空间内实现了灵巧手指关节转角的精确测量。灵巧手单手指的运动学和动力学模型是多指协同控制的基础。本文运用机器人学空间坐标变换的思想,求解灵巧手单手指串联机构的运动学方程,并给出了手指的速度Jacobi矩阵的计算方法。基于等效元素集成理论,针对灵巧手单手指系统,实现了一种简单、高效的机器人动力学建模方法,对各种复杂的机器人系统具有普适性,为实现机器人的高精度实时控制提供了理论依据。建立了手指关节驱动电机的动力学模型,并分析了关节的摩擦力矩特性,作为灵巧手控制算法的理论基础。在运动学和动力学分析的基础上,进一步研究了CALT-18仿人灵巧手的电气系统结构与控制策略,针对几种不同的阻抗控制算法进行理论分析,为后续灵巧手系统同时在自由空间中实现位置轨迹跟踪和约束空间中实现力控制奠定了理论基础。
二、基于非完整运动规划的多指手灵巧操作（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、基于非完整运动规划的多指手灵巧操作（论文提纲范文）
（1）多指灵巧手拟人操作规划方法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 符号说明 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题来源 |
| 1.2 研究背景和意义 |
| 1.3 国内外研究现状 |
| 1.3.1 多指灵巧手研究现状 |
| 1.3.2 多指灵巧手抓持操作研究现状 |
| 1.4 本文的主要研究内容 |
| 第二章 人手操作过程运动轨迹规律研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 手指结构分析及操作规划 |
| 2.2.1 人手生理结构分析 |
| 2.2.2 人手指节长度规律 |
| 2.2.3 手指运动区间范围 |
| 2.3 操作过程规划 |
| 2.3.1 操作过程的规则假设 |
| 2.3.2 实验运动指态规划 |
| 2.4 基于NOKOV系统的实验分析 |
| 2.4.1 实验手指连杆机构长度测量 |
| 2.4.2 三指操作过程的数据测量 |
| 2.4.3 指尖运动轨迹随时间变化分析 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 多指灵巧手的操作运动学分析 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 灵巧多指手的正逆运动学 |
| 3.2.1 单指机构简图及坐标系 |
| 3.2.2 单指正运动学分析 |
| 3.2.3 单指逆运动学分析 |
| 3.2.4 手指的工作空间分析 |
| 3.3 手指操作运动学 |
| 3.3.1 特定情况下的几何分析 |
| 3.3.2 物体运动学 |
| 3.3.3 手掌运动学 |
| 3.3.4 单指运动学分析 |
| 3.4 雅克比矩阵分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 多指灵巧手的操作轨迹规划 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 多指灵巧手抓持位姿规划 |
| 4.2.1 抓取的接触模型 |
| 4.2.2 物体的抓取模式及初始接触点 |
| 4.2.3 物体运动期望路径规划 |
| 4.2.4 “降落点”的位置规划 |
| 4.3 基于速度的轨迹规划 |
| 4.3.1 轨迹规划方法的选择 |
| 4.3.2 关节空间中的轨迹规划 |
| 4.3.3 笛卡尔空间中的轨迹规划 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 多指协调操作运动规划与评价 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 协调操作运动规划 |
| 5.2.1 基于手指运动学条件的生成方法 |
| 5.2.2 基于速度约束条件的生成方法 |
| 5.3 多指手操作的质量评价指标 |
| 5.3.1 抓持稳定性评价指标 |
| 5.3.2 抓持灵巧性指标 |
| 5.3.3 可操作性指标 |
| 5.3.4 速度映射指标 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 多指灵巧手操作仿真分析 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 实验平台 |
| 6.2.1 仿真软件概述 |
| 6.2.2 仿真环境建模 |
| 6.3 多指灵巧手的操作仿真 |
| 6.3.1 运动学模型验证 |
| 6.3.2 仿真结果分析 |
| 6.4 本章小结 |
| 第七章 结论与展望 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 创新点 |
| 7.3 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
| 1 作者简历 |
| 2 攻读硕士学位期间发表的学术论文 |
| 3 参与的科研项目及获奖情况 |
| 4 发明专利 |
| 学位论文数据集 |
（2）欠驱动多指机械手爪抓取能力优化与承载能力分析（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题研究的背景及意义 |
| 1.1.1 课题来源 |
| 1.1.2 研究的背景及意义 |
| 1.2 国内外在该方向的研究现状及分析 |
| 1.2.1 国外研究现状 |
| 1.2.2 国内研究现状 |
| 1.2.3 欠驱动手抓取的研究现状 |
| 1.2.4 欠驱动手抓取能力分析的研究现状 |
| 1.3 关键技术分析 |
| 1.4 本论文主要研究内容 |
| 第二章 欠驱动多指机械手爪的改进设计 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 设计指标 |
| 2.3 现有机械手爪存在的缺点及不足 |
| 2.4 欠驱动机械手功能需求分析 |
| 2.4.1 明确抓取目标 |
| 2.4.2 选取手指数目 |
| 2.4.3 选取手指关节数 |
| 2.5 整体结构设计 |
| 2.6 欠驱动机械手指设计方案 |
| 2.6.1 弹簧自适应手指机构的设计 |
| 2.6.2 被动自适应弹簧的设计计算 |
| 2.6.3 双四连杆手指机构的设计 |
| 2.7 手指转位机构的设计 |
| 2.8 电机驱动模块的设计 |
| 2.9 手指快换机构的优化 |
| 2.10 本章小结 |
| 第三章 欠驱动机械手抓取规划及仿真分析 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 欠驱动手的运动学分析 |
| 3.2.1 弹簧被动自适应手指机构运动学分析 |
| 3.2.2 双四连杆手指机构运动学分析 |
| 3.2.3 欠驱动手爪的运动学分析 |
| 3.3 欠驱动手爪抓取规划及动力学仿真分析 |
| 3.3.1 针对常规物体的抓取规划 |
| 3.3.2 针对常规物体的动力学仿真分析 |
| 3.3.3 针对一类小尺寸物体的抓取规划 |
| 3.3.4 针对一类小尺寸物体的动力学仿真分析 |
| 3.3.5 针对柔性物体的抓取规划 |
| 3.4 基于ADAMS仿真分析的参数优化 |
| 3.4.1 三指对心包络抓取模式下的参数优化 |
| 3.4.2 三指平行包络抓取模式下的参数优化 |
| 3.4.3 两指对心捏取模式下的参数优化 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 欠驱动手承载能力优化及抓取稳定性分析 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 欠驱动手及关键零部件的有限元分析 |
| 4.2.1 欠驱动手爪的有限元分析 |
| 4.2.2 弹簧被动自适应手指机构有限元分析 |
| 4.2.3 双四连杆手指机构有限元分析 |
| 4.3 欠驱动手在不同抓取模式下抓取稳定性分析 |
| 4.3.1 弹簧自适应手指机构抓取稳定性分析 |
| 4.3.2 双四连杆手指机构抓取稳定性分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 欠驱动多指机械手爪的实验分析 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 欠驱动手控制方案选择 |
| 5.3 欠驱动手的控制系统设计 |
| 5.3.1 欠驱动手主运动控制系统设计 |
| 5.3.2 手指转位控制系统设计 |
| 5.4 欠驱动手的工作流程 |
| 5.4.1 欠驱动多指手爪的运动控制 |
| 5.4.2 上位机采集压力数据 |
| 5.5 欠驱动机械手实验平台搭建与抓取实验分析 |
| 5.5.1 实验设备组成 |
| 5.5.2 抓取自适应性实验 |
| 5.5.3 最大载荷抓取实验 |
| 5.6 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者在攻读硕士学位期间取得的科研成果 |
| 个人简介 |
（3）机器人自适应柔性变掌多指手的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 机器人多指手的研究现状 |
| 1.2.1 手掌不可变型多指手 |
| 1.2.2 手掌可变型多指手 |
| 1.2.3 其他手掌型多指手 |
| 1.3 机器人多指手抓取规划的研究现状 |
| 1.3.1 抓取的平衡性、封闭性及稳定性 |
| 1.3.2 抓取的质量指标 |
| 1.3.3 最优抓取规划算法 |
| 1.4 本文主要的研究内容及章节安排 |
| 1.4.1 研究内容 |
| 1.4.2 研究路线 |
| 1.4.3 章节安排 |
| 第二章 柔性变掌多指手方案设计 |
| 2.1 操作对象的特性分析 |
| 2.2 仿生机理分析 |
| 2.3 柔性变掌多指手的方案设计 |
| 2.3.1 变掌机构的方案设计 |
| 2.3.2 软体手指的方案设计 |
| 2.3.3 总体方案设计 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 变掌机构的运动学分析与机械结构设计 |
| 3.1 变掌机构的运动学分析 |
| 3.2 变掌机构的构型变换分析 |
| 3.2.1 利用二指抓取物体时的构型 |
| 3.2.2 利用三指抓取物体时的构型 |
| 3.2.3 利用四指抓取物体时的构型 |
| 3.2.4 计算实例 |
| 3.3 柔性变掌多指手的工作空间分析 |
| 3.3.1 单个软体手指的运动轨迹 |
| 3.3.2 利用多指抓取时的工作空间 |
| 3.4 变掌机构的机械结构设计 |
| 3.4.1 设计准则 |
| 3.4.2 机械结构设计 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 柔性变掌多指手的最优抓取规划分析 |
| 4.1 实际抓取需求分析 |
| 4.2 抓取稳定性评价方法分析 |
| 4.2.1 利用四指抓取物体时的稳定性评价指标 |
| 4.2.2 利用三指抓取物体时的稳定性评价指标 |
| 4.2.3 利用二指抓取物体时的稳定性评价指标 |
| 4.3 FAPH抓取规划算法 |
| 4.3.1 算法介绍 |
| 4.3.2 计算实例 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 柔性变掌多指手的控制系统设计 |
| 5.1 控制系统方案设计 |
| 5.1.1 总体控制系统设计 |
| 5.1.2 变掌机构的控制系统 |
| 5.1.3 软体手指的控制系统 |
| 5.2 控制系统硬件 |
| 5.2.1 主控模块 |
| 5.2.2 电机与驱动模块 |
| 5.2.3 传感器模块 |
| 5.3 控制系统软件 |
| 5.4 软体手指测试系统设计 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 柔性变掌多指手的样机实验与分析 |
| 6.1 实验平台的搭建 |
| 6.2 变掌机构的构型变换实验 |
| 6.3 FAPH抓取规划算法实验 |
| 6.3.1 多个物体的抓取任务 |
| 6.3.2 单个物体的抓取任务 |
| 6.4 柔性变掌多指手的抓取实验 |
| 6.5 本章小结 |
| 第七章 总结与展望 |
| 7.1 研究总结 |
| 7.2 进一步展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录 :作者在攻读硕士学位期间发表的论文及申请的专利 |
（4）空间两物体滚动约束系统运动规划和鲁棒控制（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 滚动约束系统运动模型及其应用 |
| 1.2.2 非完整系统轨迹规划方法 |
| 1.2.3 滚动约束系统规划和控制方法 |
| 1.2.4 非线性系统鲁棒控制方法 |
| 1.3 本文研究内容 |
| 第二章 滚动约束系统级联轨迹规划算法 |
| 2.1 滚动约束系统运动学模型 |
| 2.1.1 空间物体接触模型 |
| 2.1.2 滚动约束运动学模型 |
| 2.2 级联轨迹规划算法 |
| 2.2.1 两状态控制法 |
| 2.2.2 辛普森配点法 |
| 2.2.3 迭代线性二次调节器 |
| 2.3 离线轨迹规划仿真 |
| 2.3.1 球-球滚动接触模型轨迹规划仿真 |
| 2.3.2 椭球-椭球滚动接触模型轨迹规划仿真 |
| 2.4 离线轨迹规划算法的性能验证 |
| 2.4.1 不同起终点位置对离线算法的影响 |
| 2.4.2 初始轨迹对离线算法的影响 |
| 2.4.3 模型相对尺度对离线算法的影响 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 滚动约束系统在线控制方法与最优参数设计 |
| 3.1 线性化模型预测在线控制方法 |
| 3.1.1 模型预测控制原理 |
| 3.1.2 球-球滚动接触模型轨迹跟踪仿真 |
| 3.1.3 椭球-椭球滚动接触模型轨迹跟踪仿真 |
| 3.2 控制算法性能及参数设计 |
| 3.2.1 控制器效率和对初始偏差的鲁棒性 |
| 3.2.2 控制器对参考轨迹速度的鲁棒性 |
| 3.2.3 控制器滚动时域参数设计 |
| 3.2.4 控制器权重参数设计 |
| 3.3 不同在线控制器的性能比较 |
| 3.3.1 最优动作控制器 |
| 3.3.2 非线性模型预测控制器 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 不确定性下的滚动约束系统鲁棒控制 |
| 4.1 滚动约束系统能控性分析 |
| 4.1.1 滚动约束系统的能控性 |
| 4.1.2 滚动约束系统线性化轨迹能控性 |
| 4.1.3 全状态反馈控制 |
| 4.2 不确定性扰动下模型的状态估计 |
| 4.2.1 滚动接触模型的不确定性模型 |
| 4.2.2 基于扩展卡尔曼滤波的状态估计 |
| 4.3 在线规划不确定性反馈设计 |
| 4.3.1 离线规划及在线鲁棒控制 |
| 4.3.2 球-球模型轨迹规划及不确定性鲁棒控制仿真 |
| 4.3.3 椭球-椭球模型轨迹规划及不确定性鲁棒控制仿真 |
| 4.4 鲁棒控制器性能验证 |
| 4.4.1 控制器允许最大模型参数误差 |
| 4.4.2 控制器允许最大测量噪声扰动 |
| 4.4.3 控制器允许最大初始位置偏差 |
| 4.4.4 控制器允许最大控制噪声扰动 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 结论与展望 |
| 5.1 主要研究结论 |
| 5.2 研究展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间的学术成果 |
（5）基于并联机构的多指灵巧手设计与分析（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 1 引言 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 多指灵巧手发展历史及现状 |
| 1.2.1 国外发展历史及现状 |
| 1.2.2 国内发展历史及现状 |
| 1.3 相关技术发展概述 |
| 1.3.1 驱动器 |
| 1.3.2 传动系统 |
| 1.4 多指灵巧手的发展瓶颈 |
| 1.5 设计目标与研究内容 |
| 1.5.1 设计目标 |
| 1.5.2 研究内容 |
| 2 2T1R、2T2R单指并联机构综合设计 |
| 2.1 人手运动模型研究 |
| 2.2 基于旋量理论和虚拟链法的构型综合介绍 |
| 2.2.1 旋量与旋量系 |
| 2.2.2 虚拟链法构型综合 |
| 2.3 2T1R并联机构的构型综合 |
| 2.3.1 确定分支约束旋量系 |
| 2.3.2 分支的构型综合 |
| 2.3.3 分支组合并选取驱动副 |
| 2.4 任务分析 |
| 2.5 串联手指运动学分析 |
| 2.5.1 串联手指运动学正解 |
| 2.5.2 串联手指运动学反解 |
| 2.6 手指限位机构设计 |
| 2.7 2T1R并联手指机构设计与分析 |
| 2.7.1 2T1R并联手指的位置反解 |
| 2.7.2 2T1R并联手指的位置正解 |
| 2.7.3 2T1R并联手指机构的正反解数值算例 |
| 2.7.4 2T1R并联手指机构的工作空间 |
| 2.7.5 2T1R并联手指机构的速度分析 |
| 2.7.6 2T1R并联手指机构的奇异性分析 |
| 2.7.7 2T1R并联手指机构的静刚度分析 |
| 2.7.8 2T1R并联手指机构的灵巧性分析 |
| 2.8 2T2R并联手指机构设计与分析 |
| 2.8.1 2T2R并联手指的位置反解 |
| 2.8.2 2T2R并联手指的位置正解 |
| 2.8.3 2T2R并联手指机构的正反解数值算例 |
| 2.8.4 2T2R并联手指机构的工作空间 |
| 2.8.5 2T2R并联机构速度分析 |
| 2.9 本章小结 |
| 3 基于并联机构的多指灵巧手综合设计 |
| 3.1 螺旋理论的理论知识 |
| 3.2 仿人五指灵巧手 |
| 3.2.1 五指灵巧手模型 |
| 3.2.2 抓取模式 |
| 3.2.3 两指抓持运动 |
| 3.3 爪形三指灵巧手 |
| 3.3.1 三指灵巧手模型及抓取模式 |
| 3.3.2 三指抓持运动 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 基于遗传算法的尺寸优化设计 |
| 4.1 遗传算法的基础知识 |
| 4.2 优化过程 |
| 4.2.1 优化对象 |
| 4.2.2 优化目标 |
| 4.2.3 约束条件 |
| 4.2.4 决策空间 |
| 4.3 优化结果及分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 多指灵巧手的仿真分析 |
| 5.1 基于SOLIDWORKS的有限元静应力分析 |
| 5.2 基于ADAMS的运动学仿真分析 |
| 5.2.1 2RIT并联手指机构运动学仿真 |
| 5.2.2 单指三自由度五指灵巧手运动学仿真 |
| 5.3 本章小结 |
| 6 结论与展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历 |
| 学位论文数据集 |
（6）三指机械手结构与控制系统的设计（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 研究背景及意义 |
| 1.3 多指机械手发展概述及国内外研究现状 |
| 1.3.1 多指机械手发展概述 |
| 1.3.2 国外研究现状 |
| 1.3.3 国内研究现状 |
| 1.4 本文研究内容及创新点说明 |
| 1.5 论文组织及结构安排 |
| 第2章 三指机械手总体结构设计 |
| 2.1 机械手设计指标分析 |
| 2.1.1 设计指标及分析 |
| 2.1.2 手指结构分析 |
| 2.2 多指机械手结构设计元素 |
| 2.2.1 手指数目 |
| 2.2.2 手指关节运动副型式 |
| 2.2.3 手指相对位置 |
| 2.2.4 手指关节尺寸和转动角范围 |
| 2.2.5 传感器选用与布置 |
| 2.3 手指传动方式 |
| 2.3.1 现有手指传动方式 |
| 2.3.2 手指连杆传动方式 |
| 2.4 驱动方式和驱动电机选取 |
| 2.5 机械手总体结构设计 |
| 2.5.1 手指结构设计 |
| 2.5.2 手掌结构设计 |
| 2.5.3 手腕结构设计 |
| 2.5.4 三指机械手总体结构设计 |
| 2.5.5 机械手模型对比分析 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 单手指运动学建模分析与静力学分析 |
| 3.1 A类手指运动学分析 |
| 3.1.1 A类手指D-H建模 |
| 3.1.2 A类手指运动学模型正解 |
| 3.1.3 A类手指运动轨迹分析 |
| 3.2 B类手指运动学分析 |
| 3.2.1 B类手指D-H建模 |
| 3.2.2 B类手指运动学模型正解 |
| 3.2.3 B类手指运动轨迹分析 |
| 3.3 单手指静力学分析 |
| 3.3.1 A类手指静力学分析 |
| 3.3.2 B类手指静力学分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 三指机械手抓取任务设计 |
| 4.1 三指机械手的主要任务 |
| 4.2 三指机械手抓取任务分类 |
| 4.2.1 精细抓取 |
| 4.2.2 包络抓取 |
| 4.3 机械手抓取性能分析 |
| 4.3.1 抓取稳定性指标 |
| 4.3.2 抓取灵巧性指标 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 三指机械手控制系统设计与实现 |
| 5.1 机械手柔顺控制算法 |
| 5.1.1 柔顺控制算法分类 |
| 5.1.2 力/位置混合控制算法 |
| 5.2 控制系统硬件设计 |
| 5.2.1 控制系统总体设计 |
| 5.2.2 信号采集及处理电路 |
| 5.2.3 电机驱动电路 |
| 5.2.4 通信电路 |
| 5.3 控制系统软件设计 |
| 5.3.1 软件控制方案设计 |
| 5.3.2 主程序 |
| 5.3.3 信号采集与处理 |
| 5.3.4 通信程序 |
| 5.4 机械手控制实验 |
| 5.4.1 机械手设计参数验证实验 |
| 5.4.2 机械手抓取稳定性实验 |
| 5.4.3 机械手抓取灵巧性实验 |
| 5.4.4 实验结果与分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士学位期间从事的科研工作及取得的成果 |
（7）变胞多指灵巧手预抓持手型与姿态映射方法分析（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 字母注释表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题背景及研究意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 机械灵巧手国内外研究现状 |
| 1.2.2 机械灵巧手抓持问题国内外研究现状 |
| 1.3 本文主要研究内容 |
| 第二章 变胞多指灵巧手数学模型 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 变胞三指灵巧手抓持分类 |
| 2.3 变胞三指灵巧手数学模型 |
| 2.4 变胞四指天王手数学模型 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 变胞三指灵巧手抓持姿态映射方法 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 抓持手型映射方法起源 |
| 3.3 抓持姿态映射方法分析 |
| 3.3.1 手指映射对应关系 |
| 3.3.2 建立空间虚拟球面 |
| 3.3.3 空间虚拟球面分析 |
| 3.3.4 创建映射虚拟球面 |
| 3.4 抓持姿态映射结果评价 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 变胞四指天王手抓持姿态映射方法 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 变胞四指天王手映射方法分析 |
| 4.2.1 手指映射对应关系 |
| 4.2.2 建立空间虚拟球面 |
| 4.2.3 空间虚拟球面分析 |
| 4.2.4 创建映射虚拟球面 |
| 4.3 变胞四指天王手映射结果评价 |
| 4.3.1 球面重合对比分析 |
| 4.3.2 抓持映射结果评价指标 |
| 4.3.3 抓持手型映射方法仿人化分析 |
| 4.4 人手五指抓持手型的初步分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 变胞多指灵巧手抓持实验模型与机器学习算法 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 变胞多指灵巧手实验模型的搭建 |
| 5.2.1 实验器材的准备 |
| 5.2.2 实验装置的连接 |
| 5.2.3 实验机理的分析 |
| 5.2.4 实验内容的选取 |
| 5.2.5 实验结果的初步分析 |
| 5.3 变胞多指灵巧手自主抓持的机器学习算法 |
| 5.3.1 变胞多指灵巧手自主抓持分析 |
| 5.3.2 抓持训练集的选取 |
| 5.3.3 机器学习算法的选择 |
| 5.3.4 机器学习算法的应用 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 未来展望 |
| 参考文献 |
| 附录A |
| 附录B |
| 发表论文和参加科研情况说明 |
| 致谢 |
（8）基于多模态感知的人手动作捕捉与识别（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 仿人多指机械手的国内外研究现状 |
| 1.2.1 仿人多指机械手的结构组成 |
| 1.2.2 国外典型的仿人多指机械手 |
| 1.2.3 国内典型的仿人多指机械手 |
| 1.3 人手动作捕捉技术的的国内外研究现状 |
| 1.3.1 基于单一接触式感知的人手动作捕捉技术 |
| 1.3.2 基于单一非接触式感知的人手动作捕捉技术 |
| 1.3.3 基于多模态感知的人手动作捕捉技术 |
| 1.4 人手动作识别方法的国内外研究现状 |
| 1.4.1 支持向量机多分类方法 |
| 1.4.2 基于人工神经网络的识别方法 |
| 1.5 需要解决的科学问题 |
| 1.6 本文的主要研究内容和技术路线 |
| 第2章 人手动作分类方法的研究 |
| 2.1 人手灵巧操作机理 |
| 2.2 人手自然结构分析 |
| 2.3 人手操作模式 |
| 2.3.1 接触模式 |
| 2.3.2 抓取模式 |
| 2.4 抓取点布局 |
| 2.5 力封闭性分析 |
| 2.6 人手基本动作分类 |
| 2.7 人手与物体的交互方式 |
| 2.8 人手动作分类方法 |
| 2.9 本章小结 |
| 第3章 基于接触式多模态感知的人手简单动作捕捉 |
| 3.1 人手简单动作多模态数据采集平台 |
| 3.2 人手简单动作的捕捉方法 |
| 3.2.1 人手简单动作集设计 |
| 3.2.2 受试人员的选择 |
| 3.2.3 人手简单动作的捕捉试验 |
| 3.2.4 多模态数据的同步获取 |
| 3.3 基于阈值的动作分割方法 |
| 3.3.1 动作分割的阈值确定 |
| 3.3.2 动作分割的起始点确定 |
| 3.3.3 动作分割的误操作避免方法 |
| 3.3.4 基于阈值的动作分割方法的实现 |
| 3.4 多模态信号的相关性分析 |
| 3.4.1 基于经验连接的斯皮尔曼等级相关的分析方法 |
| 3.4.2 肌电信号与手指角度轨迹的相关性分析 |
| 3.4.3 肌电信号与力信号的相关性分析 |
| 3.5 人手动作的特征提取 |
| 3.5.1 时域特征提取方法 |
| 3.5.2 人手动作的特征提取仿真结果 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 基于ADAG-SVM的人手简单动作识别 |
| 4.1 支持向量机多分类方法的问题分析 |
| 4.1.1 不可分区域问题 |
| 4.1.2 误分与拒分问题 |
| 4.1.3 误差累积问题 |
| 4.2 基于ADAG-SVM的人手简单动作识别方法 |
| 4.2.1 基于ADAG-SVM的分类原理 |
| 4.2.2 ADAG-SVM的核函数 |
| 4.2.3 核半径的选择 |
| 4.3 人手简单动作识别的仿真试验方法 |
| 4.4 人手简单动作识别的仿真结果分析 |
| 4.4.1 基于多模态感知的人手简单动作识别仿真 |
| 4.4.2 基于单一感知技术的人手简单动作识别仿真 |
| 4.4.3 基于不同的多类支持向量机的人手简单动作识别仿真 |
| 4.4.4 基于不同受试人员的人手简单动作识别仿真 |
| 4.4.5 基于不同机器学习算法的人手简单动作识别仿真 |
| 4.5 基于RGBD的车辆驾驶辅助手势识别 |
| 4.5.1 车辆驾驶辅助手势识别系统设计 |
| 4.5.2 车辆驾驶辅助手势动作的捕捉 |
| 4.5.3 车辆驾驶辅助手势图像的特征提取方法 |
| 4.5.4 车辆驾驶辅助手势动作识别仿真分析 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 基于混合式多模态感知的人手复杂动作捕捉 |
| 5.1 人手复杂动作多模态数据采集平台 |
| 5.2 人手复杂动作捕捉方法 |
| 5.2.1 人手复杂动作集设计 |
| 5.2.2 受试人员的选择 |
| 5.2.3 人手复杂动作的捕捉试验 |
| 5.3 人手复杂动作的图像分割方法 |
| 5.3.1 人手复杂动作的图像去噪 |
| 5.3.2 二值化颜色空间图像处理 |
| 5.3.3 手掌区域分割 |
| 5.4 人手复杂动作的图像特征提取 |
| 5.4.1 距离特征提取 |
| 5.4.2 曲率特征提取 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 基于ML的人手复杂动作识别 |
| 6.1 基于ML的人手复杂动作识别方法 |
| 6.2 基于ML的人工神经网络算法 |
| 6.3 人手复杂动作识别的仿真试验方法 |
| 6.4 人手复杂动作识别的仿真结果分析 |
| 6.4.1 ML与 VLR和 BP算法的性能比较仿真 |
| 6.4.2 基于混合式多模态感知的人手复杂动作识别仿真 |
| 6.4.3 基于单一感知技术的人手复杂动作识别仿真 |
| 6.4.4 基于不同受试人员的人手复杂动作识别仿真 |
| 6.5 本章小结 |
| 第7章 全文总结与展望 |
| 7.1 全文总结 |
| 7.2 研究展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表的学术论文 |
| 攻读博士学位期间的科研项目 |
（9）基于卷积神经网络的物体抓取研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景和意义 |
| 1.2 研究现状 |
| 1.2.1 机器人的物体抓取研究现状 |
| 1.2.2 卷积神经网络的发展现状 |
| 1.2.3 基于卷积神经网络的物体抓取研究现状 |
| 1.3 研究内容和方法 |
| 1.4 论文的章节安排 |
| 第2章 卷积神经网络的设计 |
| 2.1 卷积神经网络 |
| 2.1.1 卷积层 |
| 2.1.2 池化层 |
| 2.1.3 全连接层 |
| 2.1.4 反向传播算法 |
| 2.2 空间金字塔池化算法 |
| 2.3 本章小结 |
| 第3章 基于三级卷积神经网络的物体抓取检测 |
| 3.1 抓取框的定义 |
| 3.2 网络结构设计与分析 |
| 3 2 1 第一级卷积神经网络 |
| 3.2 2 第二级卷积神经网络 |
| 3 2.3 第三级卷积神经网络 |
| 3.3 数据集选取与网络训练 |
| 3.3.1 数据集选取 |
| 3.3.2 网络训练 |
| 3.4 选择最佳抓取框的算法 |
| 3.5 物体位置与姿态的确定 |
| 3.6 实验结果 |
| 3.6.1 第二级和第三级卷积神经网络的比较 |
| 3.6.2 数据集上的测试结果 |
| 3.6.3 抓取实验 |
| 3.7 本章小结 |
| 第4章 基于改进型三级卷积神经网络的物体抓取检测 |
| 4.1 问题分析 |
| 4.2 改进型三级卷积神经网络 |
| 4.3 获取最佳抓取框的改进型算法 |
| 4.4 数据集获取与网络训练 |
| 4.5 实验结果 |
| 4.5.1 数据集上的测试结果 |
| 4.5.2 抓取实验 |
| 4.5.3 改进型三级卷积神经网络的应用 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 基于卷积神经网络和多指灵巧手的物体抓取检测 |
| 5.1 问题分析 |
| 5.2 网络结构设计与分析 |
| 5.3 数据集获取与网络训练 |
| 5.4 物体位姿和手指指尖位置的确定 |
| 5.4.1 物体位姿的确定 |
| 5.4.2 手指指尖位置的确定 |
| 5.5 实验结果 |
| 5.5.1 数据集上的测试结果 |
| 5.5.2 抓取实验 |
| 5.6 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的研究成果 |
（10）空间机器人多自由度灵巧手关键技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 空间机器人的太空在轨服务研究发展现状 |
| 1.2.2 多自由度多指灵巧手的研究发展现状 |
| 1.2.3 机器人多自由度多指灵巧手的推广应用 |
| 1.2.4 多维力传感器研究发展现状 |
| 1.2.5 机器人柔顺控制技术研究发展现状 |
| 1.3 技术路线及多方案对比分析 |
| 1.3.1 技术路线 |
| 1.3.2 灵巧手多方案结构设计对比分析 |
| 1.3.2.1 方案一单腱式弹性欠驱动多指灵巧手 |
| 1.3.2.2 方案二连杆驱动式多指灵巧手 |
| 1.3.2.3 方案三微机电高度集成的模块化多指灵巧手 |
| 1.3.2.4 方案四NASA Robonaut2(机器人宇航员2号)灵巧手 |
| 1.3.2.5 国内外具有代表性的灵巧手各项指标对比 |
| 1.4 课题来源及主要研究内容 |
| 1.4.1 课题来源及意义 |
| 1.4.2 学位论文的主要研究内容 |
| 第二章 CALT-18仿人灵巧手总体系统 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 CALT-18仿人灵巧手本体机械系统 |
| 2.2.1 手指结构设计 |
| 2.2.2 手掌结构设计 |
| 2.2.3 手腕及手臂结构设计 |
| 2.2.4 手指关节及手腕关节驱动机构设计 |
| 2.2.5 灵巧手传动腱的设计 |
| 2.2.6 手指关节轴承及润滑设计 |
| 2.2.7 小结 |
| 2.3 CALT-18仿人灵巧手驱动系统 |
| 2.3.1 CALT-18仿人灵巧手的驱动器 |
| 2.3.2 CALT-18仿人灵巧手的传动系统 |
| 2.4 CALT-18仿人灵巧手传感系统 |
| 2.4.1 微型指尖二维力传感器 |
| 2.4.2 关节微型角位移传感器 |
| 2.4.3 指关节微型六维力/力矩传感器 |
| 2.5 CALT-18仿人灵巧手电气及控制系统 |
| 2.6 本章小结 |
| 第三章 单手指差动机构运动学建模 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 正运动学分析 |
| 3.3 逆运动学分析 |
| 3.4 机器人微分运动学及速度分析 |
| 3.5 手指静力学分析 |
| 3.6 手指关节运动学分析 |
| 3.7 手指根关节运动学分析 |
| 3.8 灵巧手腕关节运动学分析 |
| 3.8.1 俯仰运动 |
| 3.8.2 侧摆运动 |
| 3.9 本章小结 |
| 第四章 单手指机构动力学建模方法研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 指尖输出力分析 |
| 4.3 基于等效元素集成理论的单手指动力学建模方法 |
| 4.4 直流无刷电机动力学模型 |
| 4.5 关节的摩擦力学特性 |
| 4.6 基于有限元灵巧手单手指结构静力学分析 |
| 4.7 基于ADAMS和Simulink的灵巧手系统动力学联合仿真 |
| 4.7.1 引言 |
| 4.7.2 灵巧手物理模型的建立 |
| 4.7.3 基于Simulink的电机动力学分析 |
| 4.7.4 基于ADAMS和Simulink的灵巧手动力学联合仿真 |
| 4.7.5 结论 |
| 4.8 本章小结 |
| 第五章 仿人灵巧手传感系统研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 灵巧手指尖微型二维力传感器研究 |
| 5.2.1 引言 |
| 5.2.2 设计要求及技术指标 |
| 5.2.3 指尖微型二维力传感器机械系统设计 |
| 5.2.4 二维力传感器信号调理电路设计 |
| 5.2.5 微型二维力传感器输出特性分析 |
| 5.2.6 结论 |
| 5.3 灵巧手指关节微型角位移传感系统研究 |
| 5.3.1 引言 |
| 5.3.2 霍尔元件的工作原理 |
| 5.3.3 非接触式的微型角位移传感系统设计 |
| 5.3.4 角位移传感系统输出特性分析 |
| 5.3.5 结论 |
| 5.4 灵巧手指关节微型六维力传感器研究 |
| 5.4.1 引言 |
| 5.4.2 六维力/力矩传感器弹性体结构设计 |
| 5.4.3 弹性体结构强度分析 |
| 5.4.4 弹性体空间受力应变分析 |
| 5.4.5 测量桥路设计及标定方法 |
| 5.4.6 六维力/力矩传感器信号调理及放大电路设计 |
| 5.4.7 结论 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 灵巧手电气及控制系统研究 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 系统要求 |
| 6.3 灵巧手总体电气系统设计 |
| 6.4 灵巧手通讯系统设计 |
| 6.5 软件控制平台设计 |
| 6.6 电源系统设计 |
| 6.7 灵巧手控制系统设计 |
| 6.7.1 笛卡尔空间基于位置的阻抗控制 |
| 6.7.2 笛卡尔空间基于指尖力的阻抗控制 |
| 6.7.3 灵巧手单手指阻抗控制实验 |
| 6.8 本章小结 |
| 第七章 灵巧手多指抓持运动学规划及仿真研究 |
| 7.1 引言 |
| 7.2 多指抓持的运动学性质 |
| 7.3 多指操作系统活动性分析 |
| 7.4 滚动操作运动分析及物体运动轨迹跟踪 |
| 7.5 仿人灵巧手多指抓持运动学仿真实验 |
| 7.6 本章小结 |
| 第八章 灵巧手多指操作及抓取实验研究 |
| 8.1 单手指关节运动实验 |
| 8.2 手腕关节运动实验 |
| 8.3 灵巧手多指同步联动实验 |
| 8.4 灵巧手力封闭抓取实验 |
| 8.5 本章小结 |
| 第九章 结论 |
| 参考文献 |
| 附录A 基于等效元素集成法单手指动力学建模 |
| 攻读博士学位期间发表学术论文情况 |
| 致谢 |
| 附件 |
四、基于非完整运动规划的多指手灵巧操作（论文参考文献）
- [1]多指灵巧手拟人操作规划方法研究[D]. 张亚琪. 浙江工业大学, 2020
- [2]欠驱动多指机械手爪抓取能力优化与承载能力分析[D]. 雷翔鹏. 内蒙古工业大学, 2020(02)
- [3]机器人自适应柔性变掌多指手的研究[D]. 张潇. 江南大学, 2020(01)
- [4]空间两物体滚动约束系统运动规划和鲁棒控制[D]. 任书锋. 上海交通大学, 2020(09)
- [5]基于并联机构的多指灵巧手设计与分析[D]. 周思远. 北京交通大学, 2019(01)
- [6]三指机械手结构与控制系统的设计[D]. 龚晓光. 重庆邮电大学, 2019(02)
- [7]变胞多指灵巧手预抓持手型与姿态映射方法分析[D]. 郑英策. 天津大学, 2018(06)
- [8]基于多模态感知的人手动作捕捉与识别[D]. 薛亚许. 武汉理工大学, 2018(07)
- [9]基于卷积神经网络的物体抓取研究[D]. 喻群超. 中国科学技术大学, 2018(12)
- [10]空间机器人多自由度灵巧手关键技术研究[D]. 吕博瀚. 中国航天科技集团公司第一研究院, 2018(02)