基于动接触点模型的灵巧手软接触平移操作研究

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1、硕士学位论文基于动接触点模型的灵巧手软接触平移操作研究（学术型）StudyofTranslationManipulationofaDexterousRobotHandinSoftContactEnvironmentwithMovingContactPointModel(Academic)王耀飞哈尔滨工业大学2016年6月国内图书分类号：TP242.2学校代码：10213国际图书分类号：621.865.8密级：公开工学硕士学位论文基于动接触点模型的灵巧手软接触平移操作研究（学术型）硕士研究生：王耀飞导师：赵京东副教授

2、申请学位：工学硕士学科：机械电子工程所在单位：机电工程学院答辩日期：2016年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP242.2U.D.C:621.865.8DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringStudyofTranslationManipulationofaDexterousRobotHandinSoftContactEnvironmentwithMovingContactModel(Academic)Candidate:WangYao

3、feiSupervisor:AssociateProf.ZhaoJingdongAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpeciality:MechatronicsEngineeringAffiliation:SchoolofMechatronicsEngineeringDateofDefence:June,2016Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要灵巧

4、手的灵巧操作是其核心功能也是灵巧手领域当前研究的热点之一，本课题对灵巧手软接触下的平移操作这一特定灵巧操作进行了研究，目的是实现该灵巧操作并对该操作中的滑动问题及其控制进行研究。为了实现平移操作，操作过程中物体位置信息和操作过程中接触力信息是该操作的关键信息，因而本课题在DLR/HITII灵巧手电气系统基础上，添加了能够采集物体位置信息和操作接触力信息传感器电路模块和信号采集系统，以此作为后续研究工作的基础。本课题接下来对灵巧操作中动接触点问题进行了研究。灵巧操作过程中，灵巧手和被操作物体相对位置关系的改变会导致实

5、际接触点的改变。精准地确定出该动接触点能够有效地减少操作中的位移误差和接触力误差，对于任务实现和对应较脆弱被操作对象的保护具有重要意义。本课题从灵巧手和被操作物体接触面轮廓曲线的几何关系为研究切入点，找出了该曲线与接触点的关系，并提出了求解该接触点的算法。建立合适的模型是实现操作任务的基础，本课题接下来就针对软接触操作进行建模和分析。先是根据Herzt接触理论得出了灵巧软接触中接触力与陷入深度接触面积的函数关系，然后对库伦摩擦定律进行修正得到软接触中的摩擦模型，在对灵巧手和被操作物体分别建立了动力学模型。灵巧手的操

6、作实现依赖于操作过程的轨迹规划。本课题在上述几种模型基础上，对灵巧手平移操作的轨迹展开了研究，并提出了基于不同接触点模型的恒定接触力轨迹生成算法，和基于动力学模型的变接触力轨迹生成算法，并在变接触力算法的基础上，对于操作中可能出现接触面滑动现象提出了轨迹优化算法，以期实现灵巧手平移操作的滑动控制。最后，本课题搭建了实验平台进行实验，验证了课题研究过程中提出的轨迹生成算法和优化算法的有效性。关键词：灵巧操作；动接触点；软接触；变接触力；轨迹优化I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractDexterousmani

7、pulation(in-handmanipulation)isthekeyfunctionofadexterousrobothand,andmuchattentionhasbeenpaidtothisarea.Andatranslationmanipulationundersoftcontactmodelischosenasthecenterofthisresearchproject,achievethetranslationmanipulationandslippagecontrolduringthemanipu

8、lationisexpected.Gettheinformationofobject’spositionandthecontactforceisthefoundationofachievingthetranslationmanipulation.TheDLR/HITIIdexterousrobothandisusedinthisproject,andadis