仿人多指靈巧手及其操作控制

《仿人多指靈巧手及其操作控制》是2010年科學出版社出版的圖書，作者是劉宏，姜力 。本書以哈爾濱工業大學與德國宇航中心聯合研製的HIT/DLR手為例，論述了仿人多指靈巧手的機電一體化設計、感測技術和驅動技術、運動學和動力學、抓取規劃、力規劃和控制系統結構、手指控制，以及遙操作技術。

基本介紹

• 書名：仿人多指靈巧手及其操作控制
• 作者：劉宏，姜力 
• ISBN：9787030268150 
• 出版社：科學出版社

基本信息

作　者：劉宏，姜力 著 叢 書 名：21世紀先進制造技術叢書 出 版 社：科學出版社ISBN：9787030268150 出版時間：2010-03-01 版　次：1 頁　數：246 裝　幀：平裝 開　本：16開 所屬分類：圖書 > 計算機與網際網路 > 人工智慧

內容簡介

講了仿人多指靈巧手是一個高度集成、高度智慧型化的機電一體化系統，對仿人多指靈巧手及其操作控制的研究不僅對機電一體化系統和理論的研究具有重要的學術價值，而且對仿人多指靈巧手在空間機器人、工業機器人、服務機器人、殘疾人假肢等領域的套用具有重要的實際意義。

《仿人多指靈巧手及其操作控制》可作為高校和科研院所機器人及機電一體化專業、自動控制專業師生的參考書，也可以作為研究多指靈巧手及其相關技術的科研工作者的參考書。

目錄

《21世紀先進制造技術叢書》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　多指靈巧手的發展趨勢

1.4　多指抓取模型及抓取規劃

1.4.1　抓取靜力學

1.4.2　抓取約束和特性

1.4.3　抓取規劃

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

參考文獻

第2章　仿人多指手的機電一體化設計

2.1　HIT/DLR Ⅰ手概況

2.2　機構和驅動系統的集成化設計

2.2.1　基關節單元

2.2.2　手指單元

2.3　感測系統的設計

2.3.1　關節力矩感測器

2.3.2　電機位置感測器

2.3.3　關節位置感測器

2.3.4　六維指尖力/力矩感測器

2.3.5　溫度感測器

2.4　電氣系統的集成化設計

2.5　控制系統硬體的設計

2.5.1　微處理器系統

2.5.2　高速串列通信系統

2.6　控制系統軟體的設計

2.7　HIT/DLR Ⅰ手的外觀設計

2.7.1　外包裝設計

2.7.2　機構的最佳化設計

2.8　手腕的設計

2.9　HIT/DLRⅡ手的機電一體化設計

2.9.1　HIT/DLRⅡ五指手概述

2.9.2　HIT/DLRⅡ手的機構和驅動

2.9.3　HIT/DLRⅡ手的控制系統硬體

2.9.4　手掌構形的擬人化設計

2.10　小結

參考文獻

第3章　仿人多指手的感測技術

3.1　機器人的外部感測

3.1.1　視覺感測器

3.1.2　測距感測器

3.1.3　接近覺感測器

3.1.4　觸覺感測器

3.1.5　力/力矩感測器

3.2　機器人的內部感測

3.2.1　規定位置的檢測

3.2.2　位置感知

3.2.3　速度和角速度的檢測

3.2.4　加速度的檢測

3.3　HIT/DLR手的關節位置和速度檢測

3.3.1　原理

3.3.2　電機位置和速度的計算

3.3.3　關節位置的檢測

3.4　微型五維指尖力/力矩感測器

3.4.1　多維力感測器研究概述

3.4.2　微型五維力感測器的彈性體設計

3.4.3　微型五維力感測器的信號處理電路

3.5　基於MEMS的微型六維指尖力/力矩感測器

3.5.1　全平面的彈性體結構

3.5.2　基於MEMS的薄膜電阻應變計

3.5.3　基於DSP的感測器信號處理電路和微處理器電路

3.6　微型六維力/力矩感測器的靜態解耦

3.6.1　基於最小二乘的靜態解耦

3.6.2　基於人工神經網路（ANN）的靜態解耦

3.6.3靜態解耦實驗

3.7　指尖觸覺感測器

3.7.1　壓阻式觸覺感測器的原理

3.7.2　觸覺感測器的本體結構設計

3.8　小結

參考文獻

第4章　仿人多指手的驅動技術

4.1　機器人靈巧手驅動技術概述

4.1.1　驅動器

4.1.2　傳動系統

4.2　微型直線驅動器

4.2.1　直線驅動技術概況

4.2.2　微型直線驅動器的原理利組成

4.2.3　微型直線驅動器的電路

4.2.4　微型直線驅動器的數學模型

4.2.5　微型直線驅動器的滑模位置控制器設計

4.2.6　微型直線驅動器的位置控制

4.3　HIT/DLRⅡ手的內置式驅動系統

4.3.1　基於DSP/FPGA的驅動控制電路

4.3.2　相電流檢測電路

4.3.3　電源系統

4.4　小結

參考文獻

第5章　仿人多指手的運動學和動力學

5.1　手指運動學

5.1.1　位置運動學

5.1.2　微分運動學

5.2　手指靜力學

5.3　多指操作運動學

5.3.1　物體運動學

5.3.2　手掌運動學

5.3.3　接觸運動學

5.3.4　通用形式的多指操作運動學

5.4　平面抓取時多指操作運動學的計算實例

5.4.1　虛擬指節

5.4.2　封閉的運動鏈

5.4.3　運動學計算

5.5　手指動力學

5.5.1　套用疊代的Newton-Euler算法求解手指連桿動力學

5.5.2　腱傳動系統的動力學

5.5.3　基關節動力學

5.5.4　手指動力學方程

5.6　小結

參考文獻

第6章　仿人多指手的抓取規劃

6.1　抓取模型的數學描述

6.1.1　最佳抓取平面

6.1.2　抓取模型的構建

6.2　E-ANFIS模型的框架及建模

6.2.1　自適應神經模糊推理系統

6.2.2　前件專家系統結構及知識表示形式

6.2.3　E-ANFIS模型的結構

6.3　基於E-ANFIS的抓取模型的構建

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　多指手的抓取規劃實驗

6.5.1　E-ANFIS模型的訓練

6.5.2　靈巧手抓取操作的流程

6.5.3　模型重構實驗及結果

6.5.4　四指力封閉算法的實驗結果

6.6　小結

參考文獻

第7章　多指抓取的力規劃和控制系統結構

7.1　多指抓取力規劃概述

7.2　基於線性約束梯度流的多指力最佳化算法

7.3　改進的線性約束梯度流力最佳化算法

7.3.1　理論依據

7.3.2　改進的線性約束梯度流算法

7.3.3　初值的給定方法

7.4　抓取力最佳化的計算實例

7.5　靈巧操作控制系統

7.5.1　多指手控制結構綜述

7.5.2　模組化的靈巧操作控制系統

7.5.3　模組化的靈巧操作控制系統的組成

7.6　自主抓取策略

7.6.1　時間驅動的自主抓取策略

7.6.2　時間-事件混合驅動的自主抓取策略

7.7　柔順運動規劃器

7.7.1　混合外力控制

7.7.2　混合外力控制器的設計

7.7.3　混合外力控制器的性能分析和改進

7.7.4　混合外力控制器的仿真

7.8　小結

參考文獻

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　關節位置控制

8.2.1　摩擦力及其補償

8.2.2　具有摩擦力補償的關節位置PID控制算法

8.2.3　關節位置控制系統

8.2.4　關節位置控制實驗

8.3　關節的衝擊控制和力矩控制

8.3.1　衝擊控制和力控制方法的綜述

8.3.2　基於事件的並行位置/力矩控制

8.4　關節的阻抗控制

8.4.1　基於位置的關節阻抗控制系統及實驗

8.4.2　目標阻尼對阻抗控制系統過渡過程的影響

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驗

8.7　小結

參考文獻

第9章　仿人多指手的遙操作

9.1　多指手遙操作技術概述

9.1.1　臨場感遙操作技術

9.1.2　時延遙操作技術

9.2　具有臨場感的多指手遙操作

9.2.1　臨場感多指手遙作業系統的體系結構

9.2.2　具有臨場感的多指手遙作業系統設計

9.2.3　臨場感多指手遙操作實驗

9.3　基於虛擬現實的時延遙操作

9.3.1　基於虛擬現實的時延遙操作概況

9.3.2　基於虛擬現實的時延遙作業系統設計

9.3.3　基於虛擬現實的時延遙操作實驗

9.4　小結

參考文獻

前言

近年來，具有多個關節的仿人多指靈巧手成為機器人領域的研究熱點之一。本書結合多指靈巧手的最新研究成果和發展趨勢，以作者近年來在仿人多指靈巧手及其操作控制領域取得的研究成果為基礎，系統地論述仿人多指靈巧手及其操作控制的理論、方法和關鍵技術，包括基於機電一體化思想的仿人多指靈巧手設計、多指操作規劃和操作控制等。