面向服務機器人的蜂巢氣動網絡軟體執(zhí)行器研究.pdf

1、在科技日益進步的今天，機器人也逐漸進入大眾的視野。在工業(yè)領域機器人已經逐漸代替人類完成一些單調或危險的工作，在生活領域機器人也逐漸成為人類的助手提供一些服務或娛樂功能。但是在機器人技術發(fā)展的同時，性能的提升也遇到很多瓶頸，服務機器人的抓取問題就是其中之一。
　　本文以作者在實驗室工作五年所參與的可佳服務機器人和蜂巢氣動網絡軟體機器人研究為基礎，創(chuàng)新之處和貢獻主要集中于可佳服務機器人的設計以及軟體機器人和軟體夾持器的抓取研究。針對于

2、可佳服務機器人的設計，通過合理的功能分析和獨特的結構設計，保證了其能夠簡單有效的完成家庭服務任務且具有足夠的魯棒性能。關于軟體機器人的研究主要集中在提出了一種新的基于蜂巢氣動網絡的軟體機器人驅動技術。關于軟體夾持器抓取的研究，主要是提出了一種適用于軟體夾持器的抓取策略，通過簡單的開環(huán)控制策略即可實現(xiàn)自適應的抓取且保證了足夠高的抓取成功率，為解決服務機器人的抓取問題提供了一種新的解決思路。具體表現(xiàn)在如下三個方面。
　　第一方面是設計

3、制作了可佳服務機器人的硬件平臺。當前服務機器人結構主要包含底盤驅動和操作平臺，部分機器人為了增加服務性能會有其他擴展結構?，F(xiàn)有底盤驅動主要以全向輪結構為主，但是卻有結構設計復雜和運動合成難度較大等問題。為了有效的解決服務機器人的設計制造和運動合成以及在家庭狹窄空間內轉向等難題，同時結合可佳機器人的服務場景考慮和功能任務需求，提出了雙輪差動的底盤驅動方案。操作平臺設計為五自由度機械臂并配備末端夾持器。結合升降系統(tǒng)，保證了可佳服務機器人可以

4、在大范圍內實現(xiàn)物體操縱，提高了其交互性能。
　　第二方面是提出了基于蜂巢氣動網絡的軟體機器人驅動技術。傳統(tǒng)機器人主要由硬質多連桿結構組成，通過在關節(jié)處的電機和減速機進行驅動。由于其結構的剛性和電機的伺服特性，在與人交互或操作一些柔軟物體時難以進行隨動控制或柔性操作，因此其使用受到極大的限制。軟體機器人是近年來逐漸受到學者關注的新型機器人結構。軟機器人一般由軟體材料制成，通過電壓、氣壓或環(huán)境因素的變化實現(xiàn)驅動?；谌嵝圆馁|的特點，軟

5、體機器人一般不需要傳感器輔助即可實現(xiàn)自適應的交互，在操作一些柔軟或易碎物體時以及與人交互方面具有極大優(yōu)勢。作者所在團隊提出了一種全新的基于蜂巢氣動網絡的軟體驅動技術。以硬質六邊形結構作為結構骨架并在單元內部嵌入氣囊實現(xiàn)驅動，即可組成一組蜂巢氣動網絡。通過合理的結構布置，該驅動器不僅可以同時作為拉力和推力驅動器，更具有極高的形變性能和伸縮比例，有望在抓取和運送等多種領域發(fā)揮其作用。
　　第三方面是提出了一種基于蜂巢氣動網絡軟體夾持器

6、的抓取策略。傳統(tǒng)夾持器一般通過在夾持器末端配備多種傳感器并結合特定的抓取策略進行抓取。本文以蜂巢氣動網絡軟體夾持器為基礎，提出了一種簡單的開環(huán)抓取策略。基于軟體機器人具有無限自由度的特性，可以實現(xiàn)夾持器和物體表面極好的貼合。結合蜂巢氣動網絡的運動特性和抓取特性，針對每個備選抓取點進行抓取過程模擬，以確定其最終抓取形態(tài)。對于每個備選抓取點的最終抓取形態(tài)，提取出判定點進行相對形封閉性判定以確定可行解集合。對于每個可行解方案，通過計算適用于蜂