MODELOWANIE NUMERYCZNE ZJAWISK KONTAKTOWYCH PODCZAS CHWYTANIA I MANIPULOWANIA PRZEDMIOTEM PRZEZ CHWYTAK WIELOPALCOWY

(1)

MODELOWANIE INŻYNIERSKIE 2017 nr 64, ISSN 1896-771X

17

MODELOWANIE NUMERYCZNE ZJAWISK KONTAKTOWYCH

PODCZAS CHWYTANIA I MANIPULOWANIA PRZEDMIOTEM PRZEZ CHWYTAK

WIELOPALCOWY

Artur Handke

^1a

, Sławomir Wudarczyk

^1b

1 Katedra Inżynierii Biomedycznej, Mechatroniki i Teorii Mechanizmów, Politechnika Wrocławska

aartur.handke@pwr.edu.pl, ^bslawomir.wudarczyk@pwr.edu.pl

Streszczenie

W artykule przedstawiono autorską metodę rozwiązania problemu modelowania stabilnego uchwycenia przedmiotu w trakcie manipulowania antropomorficznym chwytakiem wielopalcowym. Badania przeprowadzono na modelu numerycznym, utworzonym w środowisku MSC ADAMS. Model numeryczny chwytaka zbudowano zgodnie z przyjętymi parametrami kinematycznymi modułu ręki. Zastosowane zjawiska kontaktowe wykorzystano podczas symulacji chwytania przedmiotu z zamiarem chwytania kształtowego. Głównym założeniem algorytmu sterującego pracą napędów podczas chwytania przedmiotu było wykorzystanie informacji jedynie o wystąpieniu kolizji pomię- dzy powierzchniami palców chwytaka a przedmiotem. Etap manipulacji uchwyconym przedmiotem został prze- prowadzony z wykorzystaniem informacji o wartości sił nacisku i poślizgu pomiędzy przedmiotem a określoną czę- ścią chwytaka. Celem przeprowadzonych badań było uzyskanie zmniejszenia przemieszczeń przedmiotu względem nieruchomego układu odniesienia w trakcie próby jego manipulacji.

Słowa kluczowe: chwytanie kształtowe, chwytanie siłowe, chwytak antropomorficzny, algorytm sterowania

NUMERICAL MODELING OF CONTACT PHENOMENA DURING GRASPING AND MANIPULATING

OF THE OBJECT BY A MULTIFINGER GRIPPER

Summary

The paper presents an original method to solve the problem of modeling a stable grasp of the object during grasping by the multi-fingered anthropomorphic gripper. Tests were carried out on numerical model formed in an MSC Adams. The numerical model of the gripper, built in accordance with established kinematics parameters of a hand module. Contact phenomena was used during the grasping simulation of the object with the aim on shape based grasping. The main idea of the drives control algorithm during object grasping was to use only the information from a collision between the predefined gripper’s surfaces and the object. The stage of manipulation of grasped object was conducted using information on the tactile forces and feedback information on displacement between the object and the specific part of the gripper with the activation of the appropriate drive. The aim of the study was to reduce the movements of the object relative to a stationary reference system during manipulation.

Keywords: shape based grasping, power grasping, anthropomorphic gripper, control algorithm

1. WSTĘP

Od wielu lat można zauważyć dwie tendencje w projek- towaniu chwytaków. Pierwsza z nich dotyczy rozwoju chwytaków przemysłowych o niewielkiej liczbie stopni swobody przeznaczonych do wyspecjalizowanych celów.

Chwytaki te są powszechnie stosowane na liniach pro- dukcyjnych, najczęściej mają prostą budowę i nie posia- dają cech uniwersalności. W rzeczywistości do określone- go zadania konieczne jest zaprojektowanie wyspecjalizo-

(2)

MODELOWANIE NUMERYCZNE ZJAWISK KONTAKTOWYCH PODCZAS CHWYTANIA

wanego, dedykowanego chwytaka. Drugi kierunek czy prac rozwojowych nad chwytakami

cechy antropomorficzne. Charakteryzują się one wiel członową budową, wysoką manewrowości

sterowalnością [1]. Wiele grup badawczych

zainteresowania w stronę zaprojektowania i wykonania chwytaków uniwersalnych, zdolnych do chwycenia i utrzymania przedmiotów o złożonych kształtach.

Podstawowym ich zastosowaniem jest proteza górnej człowieka. Proste chwytaki o stosunkowo stopniu złożoności posiadają najczęściej jeden stopień swobody, natomiast bardziej złożone rozwiązania posiadają nawet 22 [3] i więcej stopni swobody. Strukt ra takich chwytaków nawiązuje wówczas do anatomii układu szkieletowo-stawowego ludzkiej ręki

chwytaki antropomorficzne.

W niniejszej pracy przedstawiono wybrane aspekty związane z problemem dopasowania struktury mech nicznej chwytaka typu ręka człowieka do chwytania określonych przedmiotów i manipulacji nimi

porównawczej poddano chwytak cztero-

Wyniki badań symulacyjnych, przeprowadzonych zgo nie z opracowanymi algorytmami pracy pozwoliły na ocenę zdolności chwytnych i manipulacy

wariantów chwytaka.

W pierwszym etapie przeprowadzono badania symul cyjne procesu chwytania i manipulacji dla modelu chwytaka pięciopalcowego. Następnie przeprowadzono analizy numeryczne po usunięciu z niego

Struktura kinematyczna poszczególnych palców chwyt ka czteropalcowego względem pięciopalcowego

nieznacznie zmieniona pod względem liczby przegubów i napędów. Model numeryczny chwytaka utworzono środowisku MSC ADAMS [7]. Widok

modelu bryłowego przedstawiono na rys.

Rys. 1. Model numeryczny chwytaka wykorzystanego w niach

(3)

Artur Handke, Sławomir Wudarczyk

19 rech. Schemat ten był powtarzany przy szóstym oraz każdym kolejnym punkcie styku. W sytuacji wystąpienia współpłaszczyznowości czterech punktów odrzucany był ostatni sprawdzany punkt, czynność weryfikacji współ- płaszczyznowości przerywano w chwili znalezienia sze- ściu punktów styku, spełniających postawione kryte- rium.

Rys. 2. objętość opisana czterema punktami styku [5]

2.2 ALGORYTM CHWYTANIA

W celu przeprowadzenia symulacji ruchu poszczególnych paliczków chwytaka na etapie chwytania opracowano ogólny algorytm sterowania pracą napędów w przegu- bach zginających. W przyjętym algorytmie uwzględniono różne warianty wymuszeń kinematycznych ruchu dla poszczególnych segmentów palca (tabela 1).

Tabela 1. Zestawienie przyjętych konfiguracji palców.

Konfiguracja 1 Konfiguracja 2 Konfiguracja 3 Konfiguracja 4 Konfiguracja 5 Konfiguracja 6

liczba napędów 3 1 1 2 2 2 liczba przegubów 3 2 3 2 3 3 liczba sprzężeń 0 1 2 0 1 1

przegub 1 (Θ1)

niezależny f(Θ1,Θ2)=0 f(Θ1,Θ2,Θ3)=0 niezależny niezależny f(Θ1,Θ2)=0

przegub 2 (Θ2)

niezależny niezależny f(Θ2,Θ3)=0

przegub 3 (Θ3)

niezależny stały stały niezależny

Założono, iż poszczególne paliczki obracają się w wyzna- czonym zakresie ruchu. W przypadku wymuszeń nieza- leżnych dla każdego paliczka zatrzymanie pracy napę- dów danego segmentu palca następuje, gdy wystąpi jego kontakt z przedmiotem lub jeżeli kontakt wystąpi na następnym paliczku danego palca (rys. 3).

Rys. 3. Schematy uruchomień przegubów zginających palca zależnie od wariantu umiejscowienia kontaktu z przedmiotem, przy czym napędy pracują niezależnie od siebie

W przypadku synchronizacji ruchu dwóch lub trzech paliczków (rys. 4) kontakt na którymkolwiek z nich oznacza zatrzymanie ruchu całej grupy paliczków.

Rys. 4. Schematy uruchomień przegubów zginających palca zależnie od wariantu umiejscowienia kontaktu z przedmiotem , przy czym napędy pracują zależnie od siebie – sprzężenie kinematyczne 1 i 2 przegubu

W opracowanym algorytmie uwzględniono również możliwość wystąpienia kolizji pomiędzy paliczkami należącymi do różnych palców [6]. W razie wystąpienia takiej sytuacji następuje zatrzymanie ruchu tych palców, których taka kolizja dotyczy. Przedstawiony na rys. 5 schemat blokowy uniwersalnego algorytmu sterowania napędami podczas chwytania obowiązuje dla każdego palca chwytaka. Jego konkretna postać zależna jest od

(4)

MODELOWANIE NUMERYCZNE ZJAWISK KONTAKTOWYCH PODCZAS CHWYTANIA (...)

wybranej struktury chwytaka - liczby paliczków, wprowadzonych zależności kinematycznych pomiędzy przegu- bami zginającymi itp. (zgodnie z tabela 1).

Rys. 5. Algorytm sterowania napędami podczas chwytania

2.3 SCHEMAT KINEMATYCZNY CHWYTAKA

Na potrzeby niniejszej metody badawczej przyjęto, że chwytak przeznaczony jest do grupy przedmiotów o kształcie bryły osiowo-obrotowej. Na podstawie przeprowadzonych wstępnych badań i rozważań teoretycz- nych nad możliwością redukcji liczby członów i przegu- bów czynnych chwytaka badaniom symulacyjnym został poddany chwytak, którego schemat kinematyczny przedstawiono narys. 6.

Rys. 6. Schemat kinematyczny chwytaka dopasowanego do chwytania przedmiotów w rozpatrywanej grupie kształtów W porównaniu z postacią wyjściową chwytaka (rys. 1) liczba palców dla tego rozwiązania nie uległa zmianie.

Różnica natomiast dotyczy struktury kinematycznej poszczególnych palców wybranego wariantu chwytaka.

Redukcja dotyczyła przede wszystkim liczby aktywnych przegubów oraz liczby wprowadzonych sprzężeń kinematycznych pomiędzy obrotami sąsiadujących przegubów w danym palcu, co w konsekwencji wpłynęło na zmniejszenie liczby napędów.

W wybranym rozwiązaniu (rys. 7) tylko kciuk oraz palec wskazujący posiadają dwa przeguby aktywne, natomiast liczba ruchomych paliczków nie zmieniła się w pozosta- łych trzech palcach. Kciuk charakteryzuje się liczbą napędów równą liczbie przegubów, natomiast palec serdeczny ma pełne sprzężenie ruchów wszystkich pa- liczków względem jednego napędu. Pozostałe palce posiadają dwa napędy przy tylko jednym sprzężeniu obrotów pary przegubów (palec środkowy środkowego i dalszego, mały i wskazujący bliższego i środkowego). W sytuacji zmniejszenia liczby paliczków, czyli ustalenia stałego kąta pomiędzy paliczkiem środkowym i dalszym, elementy sensoryczne obu paliczków zostały przypisane do paliczka środkowego, którego kąt obrotu zdetermino- wany jest napędem drugiego przegubu zginającego.

(5)

Rys. 7. Widok modelu bryłowego wybranego chwytaka dop sowanego do chwytania wszystkich przedmiotów w rozpatryw nej grupie kształtów

3. MANIPULOWANIE

UCHWYCONYM PRZEDMIOTEM

Z uwagi na przyjęty w niniejszej pracy sposób chwytania oparty na dopasowaniu do kształtu przedmiotu wartość siły nacisku nie ma znaczenia, stąd też nie była uwzględniana podczas oceny jakości uchwycenia.

od zera wartość siły została jedynie przyjęta jako wyst pienie kolizji pomiędzy przedmiotem

Jednakże, aby przeprowadzić manipulację

przedmiotem, wprowadzono osobny sposób sterowania chwytakiem, opierając się na chwycie siłowym.

Oznaczało to konieczność wprowadzeni

parametrów kontaktowych do definicji napędów palców Uwzględniając możliwość wystąpienia poślizgu

wartości współczynników tarcia odpowiadających relacji guma–guma, aby wyraźniej wyeksponować ewentualną utratę stabilności chwytu podczas manipulacji

tem. Zabieg ten umożliwił detekcję wystąpienia

alnego poślizgu i odpowiednie użycie napędów paliczków w celu redukcji tego zjawiska.

3.1 MODEL KONTAKTU W CHWYTANIU SIŁOWYM

Opierając się na chwycie siłowym, należy nieustannie monitorować kontakty pomiędzy przedmiotem a chwytakiem pod względem wystąpienia poślizgu Analizując informacje uzyskane podczas symulacji składowych siły kontaktu (rys.8), możliwe jest wyró nienie siły nacisku Fz (w kierunku normalnym

czyzny wprowadzonej w miejscu przenikania się brył,

21 ybranego chwytaka dopasowanego do chwytania wszystkich przedmiotów w rozpatrywa-

UCHWYCONYM PRZEDMIOTEM

pracy sposób chwytania przedmiotu wartość ma znaczenia, stąd też nie była uchwycenia. Różna wartość siły została jedynie przyjęta jako wystą-

a chwytakiem.

aby przeprowadzić manipulację uchwyconym , wprowadzono osobny sposób sterowania chwytakiem, opierając się na chwycie siłowym.

wprowadzenia dodatkowych definicji napędów palców.

Uwzględniając możliwość wystąpienia poślizgu, przyjęto wartości współczynników tarcia odpowiadających relacji guma, aby wyraźniej wyeksponować ewentualną utratę stabilności chwytu podczas manipulacji przedmio-

wystąpienia ewentu- alnego poślizgu i odpowiednie użycie napędów paliczków

MODEL KONTAKTU W CHWYTANIU SIŁOWYM

należy nieustannie pomiędzy przedmiotem chwytakiem pod względem wystąpienia poślizgu [3].

Analizując informacje uzyskane podczas symulacji o możliwe jest wyróż- (w kierunku normalnym do płasz- czyzny wprowadzonej w miejscu przenikania się brył,

których to kontakt dotyczy) oraz zgu Fx, i Fy (w płaszczyźnie stycznej Wystąpienie poślizgu determinuje

mić powiązany z danym czujnikiem napęd, aby szyć siłę nacisku. Celem zmniejszenia poślizgu w punkcie styku jest uniknięcie zmiany jeg

przedmiotu tak, aby możliwie jak naj warunki uzyskane podczas chwytania

Rys. 8. Rozkład składowych sił kontaktu między bryłami Chcąc zapewnić jednoznaczne odczyty składowej siły nacisku Fz odpowiedzialnej za eliminację poślizgu jęto dla każdego elementu kontaktowego

współrzędnych na bryle reprezentującej w modelu czu nik nacisku. Oś Z tego układu jest normalną do p wierzchni stycznej (poślizgu) w punkcie styku pomiędzy przedmiotem a częścią sensoryczną paliczka.

3.2 ALOGRYTM STEROWANIA NAPĘDAMI W FAZIE

PODNOSZENIA PRZEDMIOTU

Opracowany algorytm sterowania napędami w fazie manipulacji uchwyconym przedmiotem wykorzystuje w pełni informacje uzyskane z kontaktu pomiędzy przedmiotem a chwytakiem. Analogicznie

chwytania, każdy palec działa niezależnie od pozost łych, a poszczególne paliczki pracują w określonych zakresach obrotu. Każdy napęd przyporządkowany do określonego paliczka i uruchamiany

kiem wystąpienia kontaktu na tym paliczku.

naniu do warunku kończącego etap chwytania kształt wego liczba punktów styku może ulec nieznacznej zmi nie w trakcie manipulowania przedmiotem. Jest to spowodowane wystąpieniem niedokładnego uchwycenia przedmiotu w pierwszym etapie chwytania kształtowego, ze względu na niewielkie wartości uzyskanej siły nacisku na przedmiot.

Dodatkowo wprowadzono ograniczenie dla nacisku, podyktowane maksymalną mocą napędów w modelu rzeczywistym

poślizgu w miejscu styku na danym paliczku warunkuje również uruchomienie jego napędu.

wiono uogólniony algorytm sterowania napędami chw taka podczas manipulowania uchwyconym już przedmi tem.

oraz składowych sił pośli- nie stycznej do punktu styku).

Wystąpienie poślizgu determinuje, kiedy należy urucho- czujnikiem napęd, aby zwięk- nacisku. Celem zmniejszenia poślizgu w punkcie styku jest uniknięcie zmiany jego położenia względem możliwie jak najwierniej zachować warunki uzyskane podczas chwytania kształtowego.

. Rozkład składowych sił kontaktu między bryłami

zapewnić jednoznaczne odczyty składowej siły odpowiedzialnej za eliminację poślizgu, przy- dla każdego elementu kontaktowego lokalny układ

e reprezentującej w modelu czuj- nik nacisku. Oś Z tego układu jest normalną do po- wierzchni stycznej (poślizgu) w punkcie styku pomiędzy przedmiotem a częścią sensoryczną paliczka.

ALOGRYTM STEROWANIA NAPĘDAMI W FAZIE

PODNOSZENIA PRZEDMIOTU

algorytm sterowania napędami w fazie onym przedmiotem wykorzystuje pełni informacje uzyskane z kontaktu pomiędzy Analogicznie jak w fazie iała niezależnie od pozosta- e paliczki pracują w określonych Każdy napęd przyporządkowany jest uruchamiany jest pod warun- kiem wystąpienia kontaktu na tym paliczku. W porów- naniu do warunku kończącego etap chwytania kształto- w styku może ulec nieznacznej zmianie w trakcie manipulowania przedmiotem. Jest to spowodowane wystąpieniem niedokładnego uchwycenia przedmiotu w pierwszym etapie chwytania kształtowego, ze względu na niewielkie wartości uzyskanej siły nacisku

Dodatkowo wprowadzono ograniczenie dla wartości siły nacisku, podyktowane maksymalną mocą przyjętych w modelu rzeczywistym [5]. Wystąpienie miejscu styku na danym paliczku warunkuje również uruchomienie jego napędu. Na rys.9 przedstawiono uogólniony algorytm sterowania napędami chwy- ania uchwyconym już przedmio-

(6)

Rys. 9. Algorytm sterowania napędami chwytaka podczas manipulowania przedmiotem

sterowania napędami chwytaka podczas

3.3 ANALIZA STABILNOŚĆI UCHWYCENIA PRZEDMIOTU PODCZAS MANIPULACJI

Do porównania efektu działania algorytmu trakcie manipulacji, opartego na inform

punkcie styku, wykorzystano pomiar przemieszczenia przedmiotu względem chwytaka. W tym celu określono odległość środka ciężkości przedmiotu

rzędnych, przyjętego na śródręczu tej zmiany przyjęto jako miar

przedmiotu podczas manipulowania nim przez chwytak zgodnie z przyjętym planem przemieszcz

nego przedmiotu (rys. 10). Plan zakładał zarówno zmianę położenia

rii, jak i orientacji przedmiotu względem pozycji wy ściowej, uzyskanej w chwili uchwycenia przedmiotu.

Rys. 10. Plan symulacji chwytania i manipulacji przedmiotu podwójnego stożka

Na rys 11 zobrazowano różnicę w liczbie punktów styku w trakcie chwytania dla chwytak

wej (rys.13) oraz pięciopalcowej (

Rys. 11. Zmiana liczby punktów kontaktu w czasie chwytania dla chwytaka 4 i 5 palcowego

ANALIZA STABILNOŚĆI UCHWYCENIA PRZEDMIOTU PODCZAS MANIPULACJI

Do porównania efektu działania algorytmu użytego w opartego na informacji o poślizgu w wykorzystano pomiar przemieszczenia tu względem chwytaka. W tym celu określono przedmiotu od układu współ- śródręczu chwytaka. Wartość

miarę jakości utrzymania przedmiotu podczas manipulowania nim przez chwytak, zgodnie z przyjętym planem przemieszczania uchwyco-

Plan badań symulacyjnych zarówno zmianę położenia po zadanej trajekto-

przedmiotu względem pozycji wyj- uzyskanej w chwili uchwycenia przedmiotu.

manipulacji przedmiotu –

zobrazowano różnicę w liczbie punktów styku dla chwytaka w wersji czteropalco-

(rys.15).

kontaktu w czasie chwytania

(7)

Wyniki te otrzymano z zastosowaniem algorytmu chw tania kształtowego. Różnice w uzyskanych przebiegach wynikają z różnej liczby elementów sensorycznych na obu chwytakach. Z tego powodu przebieg liczby pun tów styku dla chwytaka pięciopalcowego wykaz wyraźny wzrost od chwili, w której zarejestrowan pierwszy kontakt przedmiotu z chwytakiem.

Parametry konstrukcyjne wybranych rozwiązań chwyt ków zobrazowano w tabela 2 względem określonych konfiguracji palców danego chwytaka (tabela

Tabela 2. Zestawienie parametrów chwytaka 4 palcowego

Konfiguracje palca

wskazujący środkowy serdeczny mały kciuk

chwytak

4-palcowy 6 2 5 6

chwytak

5-palcowy 2 5 3 6 4

Ogólnie rozwiązanie czteropalcowe ma mniej napędów i przegubów niż wariant pięciopalcowy.

Na rys. 12 przedstawiono przykładową zmianę w prz biegu liczby punktów styku w podczas

manipulacji uchwyconym przedmiotem.

Rys. 12. Porównanie liczby punktów kontaktu

nia i manipulacji przy zastosowaniu siłowego trzymania prze miotu

Wzrost liczby kontaktów związany jest z

uruchomieniem napędów paliczków, co w konsekwencji powoduje przemieszczenie przedmiotu względem chw taka. Zmniejszenie liczby punktów styku jest efektem tymczasowej utraty kontaktu między przedmiotem a chwytakiem. Jednakże, podczas zwiększania si

na poszczególnych paliczkach zmniejsza się poślizg w punkcie styku, a tym samym przemieszczenie przedmi tu względem chwytaka. Analizując przemieszczenie przedmiotu względem chwytaka czteropalcowe

czas manipulowania uchwyconym przedmiotem, zauważyć widoczną różnicę pomiędzy przebiegami tych przemieszczeń zależnie od sposobu utrzymania prze miotu (rys. 14). W obu przypadkach

skokowe przemieszczenie, po którym następuje ustabilizowanie uchwytu, jednakże w siłow nia przedmiotu następuje ono wcześniej.

23 algorytmu chwy- uzyskanych przebiegach wynikają z różnej liczby elementów sensorycznych na przebieg liczby punk- tów styku dla chwytaka pięciopalcowego wykazuje

której zarejestrowano chwytakiem.

Parametry konstrukcyjne wybranych rozwiązań chwyta- względem określonych

tabela 1).

. Zestawienie parametrów chwytaka 4-palcowego i 5- Liczba

kciuk napędów przegubów sprzężeń

7 11 4

8 13 4

mniej napędów i

przykładową zmianę w prze- podczas chwytania i

punktów kontaktu podczas chwyta- i manipulacji przy zastosowaniu siłowego trzymania przed-

Wzrost liczby kontaktów związany jest z ponownym , co w konsekwencji przemieszczenie przedmiotu względem chwytaka. Zmniejszenie liczby punktów styku jest efektem tymczasowej utraty kontaktu między przedmiotem a chwytakiem. Jednakże, podczas zwiększania siły docisku na poszczególnych paliczkach zmniejsza się poślizg w punkcie styku, a tym samym przemieszczenie przedmio-

Analizując przemieszczenie przedmiotu względem chwytaka czteropalcowego pod-

wania uchwyconym przedmiotem, można pomiędzy przebiegami tych przemieszczeń zależnie od sposobu utrzymania przed-

W obu przypadkach widoczne jest po którym następuje ponowne ustabilizowanie uchwytu, jednakże w siłowym utrzyma-

.

Rys. 13. Model chwytaka 4-palcowego

Rys. 14. Wyniki przemieszczenia przedmiotu niu chwytaka 4 palcowego

Natomiast po zastosowaniu algorytmu do manipulacji podstawie chwytu siłowego w chwytaku pięciopalcowym (rys. 16) przemieszczenie przedmiotu względem chwyt ka wstępnie wykazuje wcześniejsze usta

przedmiotu, jednakże po pewnym czasie zaczyna pono nie rosnąć, co wskazuje na deregulację układu sterując go. Jest to efektem aktywacji nadmiernej liczby dów palców i w konsekwencji zwiększenia liczby sił reakcji pomiędzy przedmiotem a chwytakiem

Rys. 15. Model chwytaka 5-palcowego

Rys. 16. Wyniki przemieszczenia przedmiotu chwytaka 5 palcowego

palcowego

mieszczenia przedmiotu przy zastosowa-

algorytmu do manipulacji na w chwytaku pięciopalcowym przemieszczenie przedmiotu względem chwyta- wstępnie wykazuje wcześniejsze ustabilizowanie

pewnym czasie zaczyna ponow- na deregulację układu sterujące- nadmiernej liczby napę- i w konsekwencji zwiększenia liczby sił reakcji pomiędzy przedmiotem a chwytakiem.

palcowego

Wyniki przemieszczenia przedmiotu przy zastosowaniu

(8)

4. WNIOSKI

W pracy przedstawiono rezultaty porównawczych badań symulacyjnych chwytania przedmiotu według opracow nego algorytmu kształtowego i siłowego. Modelowani numeryczne towarzyszących chwytaniu zjawisk konta tu, a w szczególności z uwzględnieniem tarcia bardzo złożonym zadaniem. Wynika to z faktu

nia uproszczonego modelu matematycznego zjawiska tarcia w programach do modelowania układów wiel członowych. Na podstawie analizy wyników

na drodze badań symulacyjnych należy

procesie chwytania przedmiotów istotne jest zarówno kierowanie się kształtem przedmiotu, jak i siłą wywier ną przez części chwytne chwytaka na przedmiot. Chw tanie kształtowe zmniejsza ryzyko wysunięcia się prze miotu z przestrzeni chwytnej, co miałoby miejsce w sytuacji próby uzyskania chwytu siłowego.

spowodowane możliwością przemieszczenia przedmiotu w wyniku wywarcia na niego siły nacisku

pierwszego kontaktu paliczka z przedmiotem.

rzystną cechą chwytania kształtowego jest konieczność zastosowania złożonego algorytmu sterowa

Literatura

1. Alba D., Armada M., Ponticelli R.

robots. In: VI Proceedings of the 7th International Conference CLAWAR 2004 2005, p. 701–712.

2. Andrews G.E., Askey R., Roy R.:

bridge: England: Cambridge University Press, 3. Ben-Tzvi P., Moubarak P.: A mechatronic

tronics. Intech, 2011, p. 1-20.

4. Bluethmann W., Ambrose R., Diftler , Askew S., Huber E., Goza M., Rehnmark F., Lovchik C., Magruder D.

Robonaut a robot designed to work with humans in spac

5. Handke A.: Metoda doboru struktury mechanicznej i sensorycznej chwytaka typu ręka człowieka doktorska. Wrocław: Politechnika Wrocławska, 2016

6. Handke A.: Simplified collision detection in 4r serial Vol.7, No. 1, p. 11-14.

7. Handke A., Twaróg W. : Correlation of sensory parameters' mathematical models with the kinematic structure of a HAND-K3 human hand type manipulator

8. Odhner L. U., Jentoft L. P., Claffee M.

D., Dollar A. M., A Compliant, Underactuated Robotics Research” 2014, Vol. 33, N

9. Hwang S. K., Hwang H. Y.: Development of a tactile Smart Materials and Structures, 2013,

10. Zhang W., Che D., Chen Q., Du D.

under-actuated hand. In: Second International Conference on Intellige 2009. Lecture Notes in Computer Science, vol

Artykuł dostępny na podstawie licencji Creative Commons Uznanie autorstwa 3.0 Polska.

http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/pl

W pracy przedstawiono rezultaty porównawczych badań symulacyjnych chwytania przedmiotu według opracowa-

ałtowego i siłowego. Modelowanie taniu zjawisk kontak- dnieniem tarcia, jest Wynika to z faktu stosowa- uproszczonego modelu matematycznego zjawiska

do modelowania układów wielo- wyników uzyskanych

stwierdzić, że w procesie chwytania przedmiotów istotne jest zarówno jak i siłą wywiera- chwytne chwytaka na przedmiot. Chwy- tanie kształtowe zmniejsza ryzyko wysunięcia się przedmiotu z przestrzeni chwytnej, co miałoby miejsce w sytuacji próby uzyskania chwytu siłowego. Jest to spowodowane możliwością przemieszczenia przedmiotu w wyniku wywarcia na niego siły nacisku pochodzącej od u paliczka z przedmiotem. Nieko- rzystną cechą chwytania kształtowego jest konieczność

ia złożonego algorytmu sterowania ruchem

palców chwytaka. W zaproponowanym algorytmie pierwsza faza ma na celu wstępne uchwyceni

we przedmiotu i dopiero w kolejnym przełączenie się w tryb siłowy.

jest szczególnie korzystna wtedy

manipulacja uchwyconym przedmiotem.

wstępne zlokalizowanie punktów styku na przedmiocie bez generowania znaczącej siły n

„dotykany”, ale nie ściskany) ułatwia w sposób znaczący kontrolę nad poślizgiem towarzyszącym

siłowemu [9]. Zastosowana metoda numeryczna rzystaniem opracowanych algorytmów sterowania dami palców pozwala ponadto zweryfikować stabilność uchwycenia przedmiotu już po rozpoc

Zauważalne różnice pomiędzy przemieszcz

obu wariantach sterowania są wyraźniejsze w przypadku zastosowania pięciopalcowego rozwiązania chwytaka i są zależne nie tylko od liczby palców w danym rozwiązaniu chwytaka, ale przede wszystkim

struktury kinematycznej palców (

do wniosku, iż nadmiarowa struktura chwytaka nie zawsze jest korzystna ze względu na jej

zachowania stabilności uchwyconego przedmiotu

Alba D., Armada M., Ponticelli R.: An introductory revision to humanoid robot hands, climbing and walking VI Proceedings of the 7th International Conference CLAWAR 2004. Springer, Berlin,

: Jacobi polynomials and gram determinants: §6.3 in special functions England: Cambridge University Press,1999, p. 293-297.

mechatronic perspective on robotic arms and end-effectors, intelligent mecha

Bluethmann W., Ambrose R., Diftler , Askew S., Huber E., Goza M., Rehnmark F., Lovchik C., Magruder D.

a robot designed to work with humans in space. “Autonomous Robots” 2003, 14,

Metoda doboru struktury mechanicznej i sensorycznej chwytaka typu ręka człowieka olitechnika Wrocławska, 2016.

collision detection in 4r serial manipulators. “Acta Mechanica et Automatica

Correlation of sensory parameters' mathematical models with the kinematic structure K3 human hand type manipulator. “ ,Acta Mechanica et Automatica” 2010, Vol. 4

P., Claffee M. R., Corson N., Tenzer Y., Ma R. R., M. Buehler, R. Kohout,

M., A Compliant, Underactuated hand for robust manipulation. “ The International Journal of , No. 5, p. 736-752.

Development of a tactile sensing system using piezoelectric robot skin materials 2013, Vol. 22, No. 5, p. 055004-055012.

D., Chen Q., Du D.: A dexterous and self-adaptive humanoid robot hand

Second International Conference on Intelligent Robotics and Applications 2009. Lecture Notes in Computer Science, vol 5928. Springer, Berlin, Heidelberg, 2009, p.

http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/pl

W zaproponowanym algorytmie wstępne uchwycenie kształto-

kolejnym etapie następuje Przedstawiona metoda na wtedy, gdy planowana jest przedmiotem. Dodatkowo stępne zlokalizowanie punktów styku na przedmiocie bez generowania znaczącej siły nacisku (przedmiot jest ) ułatwia w sposób znaczący nad poślizgiem towarzyszącym chwytaniu Zastosowana metoda numeryczna z wyko-

algorytmów sterowania napę- pozwala ponadto zweryfikować stabilność uchwycenia przedmiotu już po rozpoczęciu manipulacji.

Zauważalne różnice pomiędzy przemieszczeniami przy obu wariantach sterowania są wyraźniejsze w przypadku zastosowania pięciopalcowego rozwiązania chwytaka i są zależne nie tylko od liczby palców w danym rozwiązaniu chwytaka, ale przede wszystkim od wybranego wariantu palców (tabela 2), co prowadzi iż nadmiarowa struktura chwytaka nie korzystna ze względu na jej niezdolność do wania stabilności uchwyconego przedmiotu.

introductory revision to humanoid robot hands, climbing and walking Springer, Berlin, Heidelberg

special functions. Cam-

effectors, intelligent mecha-

Bluethmann W., Ambrose R., Diftler , Askew S., Huber E., Goza M., Rehnmark F., Lovchik C., Magruder D.:

14, p. 179–197.

Metoda doboru struktury mechanicznej i sensorycznej chwytaka typu ręka człowieka. Rozprawa

Acta Mechanica et Automatica” 2013,

Correlation of sensory parameters' mathematical models with the kinematic structure Vol. 4, No. 3, p. 40-46.

R., M. Buehler, R. Kohout, Howe R.

The International Journal of

sensing system using piezoelectric robot skin materials. In:

adaptive humanoid robot hand: gesture-changeable nt Robotics and Applications. ICIRA

, 2009, p. 515–525.