【摘 要】
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随着机器人技术的快速发展,机器人的应用越来越广泛。同时,多变的工作环境和复杂的工作任务也对机器人提出了更高的要求。拟人灵巧手作为智能机器人的一种重要的末端执行机构,直接决定了机器人的任务执行水平。其通用性强,灵活性高,是机器人领域的研究热点。论文参考人手的结构和运动特点设计了一个拟人五指灵巧手。灵巧手有12个主动自由度,由12个内置电机驱动。手指采用模块化设计,用四杆机构实现DIP和PIP关节的耦
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随着机器人技术的快速发展,机器人的应用越来越广泛。同时,多变的工作环境和复杂的工作任务也对机器人提出了更高的要求。拟人灵巧手作为智能机器人的一种重要的末端执行机构,直接决定了机器人的任务执行水平。其通用性强,灵活性高,是机器人领域的研究热点。论文参考人手的结构和运动特点设计了一个拟人五指灵巧手。灵巧手有12个主动自由度,由12个内置电机驱动。手指采用模块化设计,用四杆机构实现DIP和PIP关节的耦合运动,并对手指的位置进行了仿生优化设计。采用光固化3D打印技术制造了灵巧手,完成了其机电系统的设计,包括驱动传动系统、传感器和控制电路设计等。为方便控制和实验,还基于Qt开发了上位机控制软件。对灵巧手的正运动学和逆运动学进行了分析,并用Robotic Toolbox分析了手指的运动轨迹和运动空间。推导了灵巧手静力学和动力学方程,对整个灵巧手的运动学进行分析,为灵巧手的控制建立了理论基础。采用二阶非线性跟踪微分器(TD)和PID控制相结合的方法实现了手指的位置控制,用Simulink进行了仿真,并进行了关节位置跟踪实验和手指轨迹跟踪实验,验证了控制算法的稳定性。最后基于图像识别技术,采用最大类间方差法,根据肤色分割背景,提取人手手势,通过手势中的指尖位置和数量、掌心位置与手指角度等关键几何特征进行手势识别,并同步控制灵巧手,实现人机交互控制。
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