集成式机器人智能手爪研究

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1、硕士学位论文集成式机器人智能手爪研究RESEARCHONINTERGRATEDSMARTROBOTHAND匡立生哈尔滨工业大学2017年1月万方数据国内图书分类号：TH112.5学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工程硕士学位论文集成式机器人智能手爪研究硕士研究生：匡立生导师：楼云江教授申请学位：工程硕士学科：控制工程所在单位：深圳研究生院答辩日期：2016年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学万方数据ClassifiedIndex:TH112.5U.D.C:621DissertationfortheMaster’sDegreeinEng

2、ineeringRESEARCHONINTERGRATEDSMARTROBOTHANDCandidate：KuangLishengSupervisor：Prof.LouYunjiangAcademicDegreeAppliedfor：Master’sDegreeofEngineeringSpeciality：ControlEngineeringAffiliation：ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence：December,2016Degree-Conferring-Institution：HarbinInstitute

3、ofTechnology万方数据哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要末端执行器是机器人的“最后一厘米”，对机器人的执行力起到至关重要的作用，是机器人用来与外界进行物理交互的直接渠道。常见的形式有二指夹持器、末端灵巧手及末端吸盘。在现实应用中，吸盘和二指夹钳还是目前最普遍采用的方式。3C制造业对机器人末端执行器需求庞大，目前的大部分夹持器往往只能应用于生产线的前端，进行分拣、焊接、打磨等工作，而较少应用于操作较复杂的元件装配阶段。3C装配领域元器件形状不规则、体积小、重量轻，安装过程复杂，现有的二指夹持器末端灵巧手难以达到3C元件装配的要求。针对3C领域的

4、特殊应用场合，本文在总结现有几种末端执行器的基础上提出了一种新型的集成式智能手爪。该智能手爪能够在不损坏元器件的前提下完成3C制造业元器件的正确组装。为了做到轻量化，该手爪需质量轻、尺寸小，具有足够的有效载荷，并且易于安装到机器人的末端。本文采用小型直流电机作为手爪指关节的驱动元件，直流电机的硬件驱动电路采用独立设计的H桥驱动电路，此H桥驱动电路在主控制板输出PWM波的信号控制下可实现对电机的转向、转速、输出转矩进行实时控制，配合设计的电流检测电路还可实时测量电机在工作情况下的电流数据。采用级联型PID控制算法，做到对电机的精确控制。为保证手爪的机械强

5、度，采用铝合金材料作为其骨骼及支架，用ANSYS有限元分析软件对手爪的指关节进行应力分析，优化指关节的机械结构。夹持器或者手爪的力控制一直是手爪研究的一个热点，快速精确的力控制对手爪的性能有举足轻重的影响，本文采用电阻应变片作为手爪指关节的测力元件，电阻应变片结合惠斯通电桥可将指关节的机械微小形变转换为电压值的变化量，进而可得到手指指关节负载力与应变片部分输出电压的函数关系。在手爪的控制系统中还加入了碰撞检测功能，可检测到手爪移动过程中可能发生的碰撞事件。实验证明，第一版手爪的各项性能均达到初期预定的实际要求。关键词：智能手爪；电机驱动；碰撞检测；电阻

6、应变片-I-万方数据哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractIntelligentgripperisthe"lastcentimeter"oftherobot,itistheveryfirstchanneltherobotusestointeractwiththeoutsideworldphysically.Thewell-knowntypesofgripperaretwo-fingerholder,dexteroushandandthesuctioncup.Forindustrialrobots,thecapabilityofgrippersp

7、layanimportantpartintheoverallperformanceofindustrialrobots.Fordomesticservicerobots,grippersarewidelyusedintheimplementationofhandling,cleaningandotherdomesticserviceworkastheendactuator.3Cmanufacturingindustryhasalargedemandforindustrialrobotactuator.Nowadays,mostofthecurrentg

8、ripperscanonlybeappliedinthefirststepoftheprodu