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硕 士 学 位 论 文

多指灵巧手抓取运动规划的研究


学 位 申 请 人： 朱玉乐
指 导 教 师： 郭冰菁 副教授
学 科 专 业： 机械电子工程
学 位 类 别： 工学


2013 年 5 月
论文题目： 多指灵巧手抓取运动规划的研究
专 业： 机械电子工程
研 究 生： 朱玉乐
指导教师： 郭冰菁 副教授
摘 要
科技的进步，自动化生产的需求，共同促进了机器人技术的飞速发展，结构
和功能都与人手极为相似的仿人多指灵巧手的设计与研究更是引起了相关专家学
者的广泛关注。建立一定的抓取运动规划可以实现仿人灵巧手像人手一样灵巧地
抓持不同形状大小的物体，因此本文针对灵巧手的抓取运动规划问题进行了分析
与研究。
首先根据自行设计的 HAUST 仿人灵巧手的结构特点，分析计算了灵巧手抓
取过程中的运动学和静力学问题，基于 Matlab 对灵巧手的工作空间进行仿真分
析，得出了灵巧手可抓取的工作范围，为抓取运动规划提供了理论依据；通过分
析灵巧手的静力学问题，得出了灵巧手各关节驱动力与指端对物体施加的力的关
系。
其次在对灵巧手抓取性能分析的基础上，建立了适合 HAUST 灵巧手的抓取
模式分类，确定了抓取性能评价指标，并分析了最佳接触点位置和最优抓取构型
选择的方法。本文采用了主从控制与自主控制相结合的抓取运动控制方式，将灵
巧手的整个抓取运动分两步进行：从零位到临近接触点状态，借助数据手套将人
手运动映射给灵巧手运动，使灵巧手在主从控制模式下完成抓取；临近点到接触
点状态，由单片机控制系统控制灵巧手自主完成抓取运动。
最后构建灵巧手抓取运动控制平台，包括基于数据手套信息采集的主从运动
控制平台和基于单片机的自主控制平台。利用 C++builder 设计人机交互测控系统
界面，实现手指各关节角度和指端力的动态变换曲线显示、数据通讯、主从控制
与运动规划等功能；基于 F040 单片机开发手指控制系统，实现关节角度和指端
力的动态检测、自主抓取控制及数据通讯功能。本文基于此控制平台，完成了相
关的实验与调试，对抓取运动规划的理论研究进行了验证。
关 键 词：多指灵巧手，运动学，数据手套，抓取控制，轨迹规划
论文类型：应用研究
I
Subject: Multi-fingerd Dexterous Hand Grasping Motion Planing
Research
Specialty: Mechatronics Engineering
Name: Zhu Yule
Supervisor: