Ανακατασκευή, πειραματική αποτίμηση και κινηματική ανάλυση ανθρωπόμορφου ρομποτικού χεριού.

Abstract

Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετάται η ανακατασκευή, η πειραματική αποτίμηση και η κινηματική ανάλυση ενός ανθρωπόμορφου ρομποτικού χεριού. Αρχικά γίνεται μια κινηματική ανάλυση για την κίνηση του ανθρώπινου χεριού. Παρουσιάζεται το υπάρχων ανθρωπόμορφο ρομποτικό χέρι, και στην συνέχεια πραγματοποιείται ο έλεγχος των ηλεκτρονικών και μηχανικών μερών του ρομποτικού χεριού. Πραγματοποιείται η ανακατασκευή τμημάτων και καλυμμάτων για το ρομποτικό χέρι. Καθώς και η υλοποίηση βελτιωμένου συστήματος ελέγχου, για την κίνηση των δακτύλων του ρομποτικού χεριού, με την χρήση φωνητικών εντολών. Μελετάται η πειραματική αποτίμηση του ανθρωπόμορφου ρομποτικού χεριού στην χρήση αυτόνομης λαβής για την αρπαγή αντικείμενων, με την χρήση κάποιων προ-λαβών. Όπως και διαφόρων χειρονομιών, που έχει την δυνατότητα να πραγματοποιήσει το ρομποτικό χέρι, υπακούοντας τις εντολές που δέχεται μέσω του συστήματος των φωνητικών εντολών. Επίσης μελετάται η κινηματική ανάλυση των ρομποτικών δακτύλων του χεριού με βάση εξισώσεις κίνησης, που προκύπτουν με την χρήση μηχανικής όρασης. Οι εξισώσεις κίνησης προσεγγίζονται με δύο μεθόδους μια γραμμική σχέση και μια πολυωνυμική σχέση τρίτου βαθμού. Στην συνέχεια με την διεξαγωγή πειραμάτων καθορίζονται ορισμένα χαρακτηριστικά των ρομποτικών δακτύλων. Τα χαρακτηριστικά των ρομποτικών δακτύλων που καθορίζονται είναι η σταθερά του ζεύγους των ελατηρίων που επιτρέπουν την κάμψη των ρομποτικών δακτύλων, ο συντελεστής τριβής του τένοντα με τις φάλαγγες των ρομποτικών δακτύλων, αλλά και οι μάζες και οι ροπές αδράνειας των ρομποτικών δακτύλων. Τέλος με την χρήση του λογισμικού Abaqus, πραγματοποιείται προσομοίωση της πειραματικής διάταξης (για την εύρεση της σταθεράς του ζεύγους των ελατηρίων), ώστε στην θέση του ελατηρίου να τοποθετηθεί ένα άλλο υλικό solid που θα κάμπτεται και θα επιτρέπει την κάμψη των ρομποτικών δακτύλων, με παρόμοια συμπεριφορά.

In the present thesis, the reconstruction, experimental evaluation, and kinematic analysis of the anthropomorphic robotic hand are studied. Initially a kinematic analysis is made of the movement of the human hand. The existing anthropomorphic robotic arm is presented, and then the electronic and mechanical parts of the robotic arm are inspected. The reconstruction of parts and covers for the robotic arm is carried out. As well as the implementation of an improved control system, for the movement of the fingers of the robotic hand, using voice commands. The experimental evaluation of the anthropomorphic robotic hand in the use of an autonomous handle for grabbing objects is studied, with the use of some pre-handles. As well as various gestures, it has the ability to perform the robotic hand, obeying the commands it receives through the voice recognition system. The kinematic analysis of the robotic hand based on motion equations resulting from the use of computer vision is also studied. The equations of motion are approached by two methods, a linear relation, and a third-degree polynomial relation. Then, by conducting experiments, certain characteristics of the robotic fingers are determined. The characteristics of the robotic fingers determined are the constant of the pair of springs that allow bending of the robotic fingers, the coefficient of friction of the tendon with the phalanges of the robotic fingers, but also the masses and moment of inertia of the robotic fingers. Finally, using the Abaqus software, a simulation of the experimental set-up (to find the constant of the pair of springs) is carried out, so that in the place of the spring another solid material is placed that will bend and allow the bending of the robotic fingers, with similar behavior.