仿人多指靈巧手及其操作控制

《21世紀(jì)先進(jìn)制造技術(shù)叢書》序
前言
第1章 緒論
1.1 引言
1.2 多指靈巧手的代表性成果
1.3 多指靈巧手的發(fā)展趨勢(shì)
1.4 多指抓取模型及抓取規(guī)劃
1.4.1 抓取靜力學(xué)
1.4.2 抓取約束和特性
1.4.3 抓取規(guī)劃
1.5 多指手控制綜述
1.5.1 手指的控制
1.5.2 多指控制
1.6 小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第2章 仿人多指手的機(jī)電一體化設(shè)計(jì)
2.1 HIT/DLR Ⅰ手概況
2.2 機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的集成化設(shè)計(jì)
2.2.1 基關(guān)節(jié)單元
2.2.2 手指單元
2.3 傳感系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
2.3.1 關(guān)節(jié)力矩傳感器
2.3.2 電機(jī)位置傳感器
2.3.3 關(guān)節(jié)位置傳感器
2.3.4 六維指尖力/力矩傳感器
2.3.5 溫度傳感器
2.4 電氣系統(tǒng)的集成化設(shè)計(jì)
2.5 控制系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)
2.5.1 微處理器系統(tǒng)
2.5.2 高速串行通信系統(tǒng)
2.6 控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)
2.7 HIT/DLR Ⅰ手的外觀設(shè)計(jì)
2.7.1 外包裝設(shè)計(jì)
2.7.2 機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)
2.8 手腕的設(shè)計(jì)
2.9 HIT/DLRⅡ手的機(jī)電一體化設(shè)計(jì)
2.9.1 HIT/DLRⅡ五指手概述
2.9.2 HIT/DLRⅡ手的機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)
2.9.3 HIT/DLRⅡ手的控制系統(tǒng)硬件
2.9.4 手掌構(gòu)形的擬人化設(shè)計(jì)
2.10 小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第3章 仿人多指手的傳感技術(shù)
3.1 機(jī)器人的外部傳感
3.1.1 視覺傳感器
3.1.2 測(cè)距傳感器
3.1.3 接近覺傳感器
3.1.4 觸覺傳感器
3.1.5 力/力矩傳感器
3.2 機(jī)器人的內(nèi)部傳感
3.2.1 規(guī)定位置的檢測(cè)
3.2.2 位置感知
3.2.3 速度和角速度的檢測(cè)
3.2.4 加速度的檢測(cè)
3.3 HIT/DLR手的關(guān)節(jié)位置和速度檢測(cè)
3.3.1 原理
3.3.2 電機(jī)位置和速度的計(jì)算
3.3.3 關(guān)節(jié)位置的檢測(cè)
3.4 微型五維指尖力/力矩傳感器
3.4.1 多維力傳感器研究概述
3.4.2 微型五維力傳感器的彈性體設(shè)計(jì)
3.4.3 微型五維力傳感器的信號(hào)處理電路
3.5 基于MEMS的微型六維指尖力/力矩傳感器
3.5.1 全平面的彈性體結(jié)構(gòu)
3.5.2 基于MEMS的薄膜電阻應(yīng)變計(jì)
3.5.3 基于DSP的傳感器信號(hào)處理電路和微處理器電路
3.6 微型六維力/力矩傳感器的靜態(tài)解耦
3.6.1 基于最小二乘的靜態(tài)解耦
3.6.2 基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)的靜態(tài)解耦
3.6.3靜態(tài)解耦實(shí)驗(yàn)
3.7 指尖觸覺傳感器
3.7.1 壓阻式觸覺傳感器的原理
3.7.2 觸覺傳感器的本體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.8 小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第4章 仿人多指手的驅(qū)動(dòng)技術(shù)
4.1 機(jī)器人靈巧手驅(qū)動(dòng)技術(shù)概述
4.1.1 驅(qū)動(dòng)器
4.1.2 傳動(dòng)系統(tǒng)
4.2 微型直線驅(qū)動(dòng)器
4.2.1 直線驅(qū)動(dòng)技術(shù)概況
4.2.2 微型直線驅(qū)動(dòng)器的原理利組成
4.2.3 微型直線驅(qū)動(dòng)器的電路
4.2.4 微型直線驅(qū)動(dòng)器的數(shù)學(xué)模型
4.2.5 微型直線驅(qū)動(dòng)器的滑模位置控制器設(shè)計(jì)
4.2.6 微型直線驅(qū)動(dòng)器的位置控制
4.3 HIT/DLRⅡ手的內(nèi)置式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
4.3.1 基于DSP/FPGA的驅(qū)動(dòng)控制電路
4.3.2 相電流檢測(cè)電路
4.3.3 電源系統(tǒng)
4.4 小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第5章 仿人多指手的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)
5.1 手指運(yùn)動(dòng)學(xué)
5.1.1 位置運(yùn)動(dòng)學(xué)
5.1.2 微分運(yùn)動(dòng)學(xué)
5.2 手指靜力學(xué)
5.3 多指操作運(yùn)動(dòng)學(xué)
5.3.1 物體運(yùn)動(dòng)學(xué)
5.3.2 手掌運(yùn)動(dòng)學(xué)
5.3.3 接觸運(yùn)動(dòng)學(xué)
5.3.4 通用形式的多指操作運(yùn)動(dòng)學(xué)
5.4 平面抓取時(shí)多指操作運(yùn)動(dòng)學(xué)的計(jì)算實(shí)例
5.4.1 虛擬指節(jié)
5.4.2 封閉的運(yùn)動(dòng)鏈
5.4.3 運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算
5.5 手指動(dòng)力學(xué)
5.5.1 應(yīng)用迭代的Newton-Euler算法求解手指連桿動(dòng)力學(xué)
5.5.2 腱傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)
5.5.3 基關(guān)節(jié)動(dòng)力學(xué)
5.5.4 手指動(dòng)力學(xué)方程
5.6 小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第6章 仿人多指手的抓取規(guī)劃
6.1 抓取模型的數(shù)學(xué)描述
6.1.1 最佳抓取平面
6.1.2 抓取模型的構(gòu)建
6.2 E-ANFIS模型的框架及建模
6.2.1 自適應(yīng)神經(jīng)模糊推理系統(tǒng)
6.2.2 前件專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及知識(shí)表示形式
6.2.3 E-ANFIS模型的結(jié)構(gòu)
6.3 基于E-ANFIS的抓取模型的構(gòu)建
6.4 一種四指力封閉抓取算法
6.4.1 力封閉算法的通用性證明
6.4.2 力封閉算法的描述
6.5 多指手的抓取規(guī)劃實(shí)驗(yàn)
6.5.1 E-ANFIS模型的訓(xùn)練
6.5.2 靈巧手抓取操作的流程
6.5.3 模型重構(gòu)實(shí)驗(yàn)及結(jié)果
6.5.4 四指力封閉算法的實(shí)驗(yàn)結(jié)果
6.6 小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第7章 多指抓取的力規(guī)劃和控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
7.1 多指抓取力規(guī)劃概述
7.2 基于線性約束梯度流的多指力優(yōu)化算法
7.3 改進(jìn)的線性約束梯度流力優(yōu)化算法
7.3.1 理論依據(jù)
7.3.2 改進(jìn)的線性約束梯度流算法
7.3.3 初值的給定方法
7.4 抓取力優(yōu)化的計(jì)算實(shí)例
7.5 靈巧操作控制系統(tǒng)
7.5.1 多指手控制結(jié)構(gòu)綜述
7.5.2 模塊化的靈巧操作控制系統(tǒng)
7.5.3 模塊化的靈巧操作控制系統(tǒng)的組成
7.6 自主抓取策略
7.6.1 時(shí)間驅(qū)動(dòng)的自主抓取策略
7.6.2 時(shí)間-事件混合驅(qū)動(dòng)的自主抓取策略
7.7 柔順運(yùn)動(dòng)規(guī)劃器
7.7.1 混合外力控制
7.7.2 混合外力控制器的設(shè)計(jì)
7.7.3 混合外力控制器的性能分析和改進(jìn)
7.7.4 混合外力控制器的仿真
7.8 小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第8章 仿人多指手的手指控制
8.1 HIT/DLR手的空間變換
8.2 關(guān)節(jié)位置控制
8.2.1 摩擦力及其補(bǔ)償
8.2.2 具有摩擦力補(bǔ)償?shù)年P(guān)節(jié)位置PID控制算法
8.2.3 關(guān)節(jié)位置控制系統(tǒng)
8.2.4 關(guān)節(jié)位置控制實(shí)驗(yàn)
8.3 關(guān)節(jié)的沖擊控制和力矩控制
8.3.1 沖擊控制和力控制方法的綜述
8.3.2 基于事件的并行位置/力矩控制
8.4 關(guān)節(jié)的阻抗控制
8.4.1 基于位置的關(guān)節(jié)阻抗控制系統(tǒng)及實(shí)驗(yàn)
8.4.2 目標(biāo)阻尼對(duì)阻抗控制系統(tǒng)過渡過程的影響
8.5 手指的笛卡兒位置控制
8.6 手指的笛卡兒阻抗控制
8.6.1 坐標(biāo)變換
8.6.2 手指的笛卡兒阻抗控制算法
8.6.3 手指的笛卡兒阻抗控制實(shí)驗(yàn)
8.7 小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第9章 仿人多指手的遙操作
9.1 多指手遙操作技術(shù)概述
9.1.1 臨場(chǎng)感遙操作技術(shù)
9.1.2 時(shí)延遙操作技術(shù)
9.2 具有臨場(chǎng)感的多指手遙操作
9.2.1 臨場(chǎng)感多指手遙操作系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)
9.2.2 具有臨場(chǎng)感的多指手遙操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)
9.2.3 臨場(chǎng)感多指手遙操作實(shí)驗(yàn)
9.3 基于虛擬現(xiàn)實(shí)的時(shí)延遙操作
9.3.1 基于虛擬現(xiàn)實(shí)的時(shí)延遙操作概況
9.3.2 基于虛擬現(xiàn)實(shí)的時(shí)延遙操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)
9.3.3 基于虛擬現(xiàn)實(shí)的時(shí)延遙操作實(shí)驗(yàn)
9.4 小結(jié)
參考文獻(xiàn)