强力抓取变位欠驱动拟人机器人手系统研究

拟人机器人的多数功能要通过手部抓取和操作来实现，具有稳定抓取效果的仿人手部的设计是其关键技术之一。欠驱动机器人手因具有形状自适应和降低控制难度的优点而成为研究的热点。本项目根据已有的欠驱动手指机构特点将欠驱动手指机构总结为主动欠驱动和被动欠驱动两大类。针对现有的欠驱动手指只能按照一种固定顺序转动手指上的两关节，本项目提出了一种新的改进措施- - 利用第二电机和柔性件实现了手指在抓取物体前可以决定手指上两关节的动作顺序，此改进的欠驱动机构称为变位欠驱动机构。利用变位欠驱动可以将传统的欠驱动手指进行改造，使手指机构介于欠驱动与纯主动的灵巧手指之间，既提高了手指的灵活度又不影响欠驱动手指的自适应抓取效果，由此可以构成多种新型欠驱动拟人机器人手。三关节欠驱动手指样机的初步实验结果表明了所提出的欠驱动手指机构非常有效。本项目将深入分析优化设计变位欠驱动的原理和规律，推动欠驱动机构技术进步。

本项目旨在研制出高灵巧度、高自适应性、高拟人化、低控制要求和低成本的机器人手，对欠驱动拟人机器人手设计方法与理论进行了深入研究。本项目提出了变位欠驱动(GCUA)功能、耦合与自适应复合欠驱动(COSA)功能，设计出间接自适应手指、直接自适应手指、变位欠驱动手指、间接复合欠驱动手指和直接复合欠驱动手指，研制出7种欠驱动机器人手：间接自适应手——LISA手，直接自适应手——DISA手，分立式变位欠驱动手——GCUA-I手，一体式变位欠驱动手——GCUA-II手，一体式间接复合欠驱动手——COSA手，分立式直接复合欠驱动手——CDSA手，一体式直接复合欠驱动手——HAG手，研制出基于手势视觉识别的欠驱动手控制系统。理论分析和实验结果表明，具有变位欠驱动功能、耦合与自适应复合欠驱动功能的欠驱动手是优于传统自适应欠驱动手的新类别，它们满足抓取性能优越、控制容易、成本低廉的使用要求，尤其适合在非结构化未知复杂环境中使用，它们在康复工程、极端操作场合、拟人机器人研究领域及社会服务业中都有很好的应用前景和较高的研究价值。本项目发表论文（含已录用）31篇，其中，国际期刊论文6篇，国内核心期刊论文1篇，SCI收录（含待收录）5篇，EI收录（含待收录）28篇，国际会议论文24篇；此外，已投稿期刊论文4篇；获得发明专利授权20项，申请发明专利10项；获得国际会议最佳论文奖4项。