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伴随着工业发展的日新月异,人们对于科技产品的要求越来越高,传统的机器人夹持器已很难适应时代的需求,作为通用的仿人灵巧手占据了工业生产中不可或缺的位置。在深海或太空等恶劣环境下,灵巧手以其独特的结构和潜力替代人进行大量高危险任务。在人形智能机器人领域,高灵活度的灵巧手更备受关注。以高要求抓取和操作的灵巧手的应用也存在各种问题,需要提高在抓取规划和控制方面的稳定性和精度。本文以三指灵巧手抓取操作常规任务对象过程中的抓取规划以及手指力和位置的伺服控制问题进行深入分析和研究。 论文首先从运动学和动力学模型角度进行分析,以单指运动学分析为基础,通过坐标系之间的转换关系构建多指约束运动学;基于单指动力学模型,建立抓取物与手指之间的约束关系,分析系统的多指动力学。 在抓取点规划方面,进行实现稳定抓取的定性分析,并对于常规任务对象构建抓取平面,根据抓取平面与任务对象表面相交的轮廓线的几何特征按照一定规则选取抓取点,最后,对于抓取点的布局稳定性和可达性进行量化指标分析评价。 在抓取力规划方面,介绍一种应用广泛的抓取力优化迭代方法,并在迭代过程中,提取多维矩阵中与抓取力有关的元素进行运算,以简化迭代过程中多维矩阵运算次数;对于迭代初值,将任务对象合外力螺旋利用基向量进行分解,从而使大量运算在线下进行,以提高每次迭代运算速率,保证力优化的实时性。 跟踪规划的力和位置时,利用串级PID思想保障控制精度和鲁棒性,关节位置控制作为指尖位置和力控制的基础。指尖位置利用运动学转换成关节角度进行精确的指尖轨迹跟踪,指尖力控制将期望位置作为力控回路的扰动。最终的仿真实验证明单独的位置控制和力控制效果良好,协调控制也能保证精确的跟踪效果。