● 摘要
机械手是机器人手臂末端的一种执行装置，机器人通过机械手实现对物体的夹持、搬运、放置、装配等操作。本文为了满足空间典型作业环境对夹持器的需求，设计了一种新型的基于力控制的两指夹持器，并展开机器人臂手系统的协调控制研究。本文所设计的夹持器采用具有自锁性的左右旋丝杠结构，通过两个左右丝母驱动两个联动的左右手指，每个手指末端固接一个V形块，两个V形手指同时沿丝杠轴线方向作直线运动，可以确保夹持中心线不变，保证工件能准确地定心与定位，定位误差为零。具有足够的夹紧力，结构简单、紧凑，可靠性比较高；具有较大的开闭距离，便于抓取和松开物体。采用了电阻应变片式的力觉传感器，用于检测操作过程中的夹持力。为了实现对物体的稳定抓持与操作，设计了运动控制系统，编写了控制程序。控制系统采用高速数字信号处理器DSP，设计了控制电路。采用基于脉宽调制的方式和比例积分的控制方法控制直流伺服电机的运动；通过增量式编码器得到机械手指的位置信息，将应变桥路的输出输入到DSP的AD模块即可得到实时的夹持力，实现对夹持力的控制。在完成了对两指夹持器的结构设计和控制系统设计之后，将其与PA－10机器人臂进行了集成，组成一个可以相互通讯的臂手集成系统。建立了系统的运动学模型，进行运动规划，研究了臂手集成操作系统的协调运动控制方法，实现臂手的并发协调控制和大范围内臂动和小范围内手动的结合，以完成典型作业的需要。利用机器人腕部六维力觉传感器感知装配过程中工件与装配孔之间位置和力的关系，引入模糊控制的方法实现对末端位姿偏差的微调。方法设计简单，实现方便，为解决机器人力控制问题提供了一种非常有效的新途径。通过实验验证了夹持器的可靠性和稳定性；并完成了臂手集成系统轴孔装配操作等实验，结果表明了两指夹持器及臂手集成系统能够对操作对象进行稳定可靠地夹持和操作。总结了实验中出现的问题，并提出了改进思路。