基于潜在灵巧性的机器人手指骨长度比运动学优化

在机器人手的设计阶段，如果不定义具体的物体或操作任务，定量评估指骨长度比对灵巧性的影响并非易事。因此，本研究提出一个框架，用于在运动学结构内基于潜在灵巧性优化五指机器人手的指骨长度比。所提出的方法采用全局可操作度、工作空间体积、重叠工作空间体积和指尖灵敏度作为评估指标，并在给定约束下使用加权目标函数识别最优设计配置。可达工作空间使用基于体素的表示进行离散化，关节运动以均匀间隔离散化以进行评估。优化针对拇指和其他手指的设计集合进行，不产生重叠工作空间的设计组合被排除。结果表明，每个指骨对整体灵巧性的贡献并不相等，并且识别出了影响每个指骨的因素。此外，观察到由于评估指标在设计空间内的非均匀分布，加权系数的选择并不一定导致单个性能指标的直接最大化。所提出的框架为分析可达性、灵巧性和可控性之间的权衡提供了一种系统方法，并可作为多指机器人手运动学设计的实用指南。