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本文研究了机器人抓取力的预测与计算。抓取力的大小可以直接影响手指-物体构成的抓取系统的许多性能指标,如稳定性,鲁棒性等。而在包络抓取中,不仅仅是手指末端与被抓物体接触,包括手指连杆,手掌部分,都可以与物体接触,存在被动约束。这些被动约束的存在,使得机器人抓取力分析存在可控性问题,因而在抓取力分析中还需考虑手部的关节力矩平衡。研究内容主要包括:(1)给定关节驱动力及外载荷,如何求解物体与手指间的真实接触力(抓取力)。由于未知力的个数远远大于力平衡方程的个数,抓取力的求解是静不定的。引进接触力学中Hertz非线性接触模型,来表达接触力与接触变形的关系。从而可以运用最小余能原理,将接触力分析问题,转化成一个带约束的非线性优化问题,并通过增广拉格朗日方法进行了有效的求解。最后,以工业操作机夹持力计算问题为例,说明抓取力分析模型的有效性。(2)给定外载荷,计算需要提供多大的关节驱动力才能保持抓取的稳定性。该问题的实质是选取一组可行抓取力,使得对应所需要的关节力矩最小。采用刚体接触模型,并考虑了接触点位置的不确定性,建立鲁棒优化模型,通过外点罚函数法,进一步将问题转化成最小二乘问题,从而可以进行快速的求解。最后采用蒙特卡洛方法进行随机仿真,分析了点的不确定定性对抓取力分配的影响,以工业操作机的最小驱动力计算问题说明了该方法的有效性。(3)考虑到抓取系统与夹具系统的相似性,研究了大型重载工件的夹具布局设计中的夹紧元件优化,包括夹紧元件的位置和夹紧力的大小,主要从工件的几何,接触模型,摩擦以及优化的目标等方面建立多目标优化模型。采用ε?约束方法进行求解,在内部优化过程中,通过抓取力分析模型可以求得真实的接触力;在外部优化过程中,可以从不同的夹紧元件布局中,选取一组使目标函数最优的布局。最后采用一个具体的数值例子说明该方法的有效性。