[发明专利]一种适用于欠驱动机械手的抓取仿真系统

权利要求书

1.一种适用于欠驱动机械手的抓取仿真系统，其特征在于，包括：

模型生成模块，所述模型生成模块用于机械手模型及物体模型的定义与生成；

抓取规划模块，所述抓取规划模块用于寻找抓取最优路径；

抓取求解模块，所述抓取求解模块用于抓取系统的状态变量求解；

抓取质量评估模块，所述抓取质量评估模块用于抓取质量指标的计算；

数据可视化模块，所述数据可视化模块通过图形形式显示上述各模块计算结果；

所述模型生成模块接收输入的参数并生成所述机械手模型和所述物体模型；所述抓取规划模块与所述模型生成模块连接，接收所述模型生成模块输出的参数并计算出最优抓取初始状态；所述抓取求解模块与所述抓取规划模块连接，接收抓取规划模块输出的初始状态，计算抓取动态过程和接触点位置以及接触力；所述抓取质量评估模块与所述抓取求解模块连接，接收抓取时所述接触点位置及所述接触力，计算抓取质量并将其传递给抓取规划模块；所述数据可视化模块分别与所述模型生成模块、所述抓取规划模块、所述抓取求解模块和所述抓取质量评估模块连接，将所述机械手模型、所述物体模型、所述抓取动态过程以及抓取特性用图形方式显示出来；所述抓取求解模块采用准静力学分析方法，所述准静力学分析方法中引入了抓取中的接触及摩擦约束条件，通过求解凸二次规划的方法计算抓取系统的状态变量。

2.根据权利要求1所述适用于欠驱动机械手的抓取仿真系统，其特征在于，所述接触及摩擦约束条件包括：抓取中机械手只能在接触点对物体产生压力；接触点处的作用力必须在以接触点为顶点、摩擦角为圆锥角的摩擦锥内。

3.根据权利要求1所述适用于欠驱动机械手的抓取仿真系统，其特征在于，所述模型生成模块通过配置机器人手的D-H参数描述机械手的运动学模型；通过选择物体类型、输入几何参数配置物体模型。

4.根据权利要求1或3所述适用于欠驱动机械手的抓取仿真系统，其特征在于，所述模型生成模块提供多种预设的机械手模型和物体模型，并且进行参数修改，便于快速进行仿真实验。

5.根据权利要求1所述适用于欠驱动机械手的抓取仿真系统，其特征在于，所述抓取规划模块通过模拟退火优化算法寻找抓取系统初始构形。

6.根据权利要求1所述适用于欠驱动机械手的抓取仿真系统，其特征在于，所述抓取质量评估模块采用抓取力螺旋空间的度量作为抓取质量的评估指标。

7.根据权利要求1所述适用于欠驱动机械手的抓取仿真系统，其特征在于，所述数据可视化模块将其他各所述模块的数值计算结果通过图形显示。

8.根据权利要求1所述适用于欠驱动机械手的抓取仿真系统，其特征在于，所述仿真系统的使用步骤为：

用户首先通过输入参数或者修改预设模型参数配置机械手模型及被抓取物体模型；

然后对仿真系统参数进行配置，包括设置仿真步长、最大仿真步数、选择的抓取质量评估指标；

在完成上述配置步骤后，即可开始进行仿真试验，仿真系统每计算完一个仿真步长，就判断是否满足设置的仿真终止状态，循环往复进行抓取仿真试验。