【机器人手抓取物体】使用单驱动器三指机器手抓多边形物体附Matlab代码-优快云博客

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单驱动器三指机器手是一种结构紧凑、成本低廉且控制简单的抓取装置，特别适合抓取多边形等规则形状物体。其核心特点是通过单个驱动器实现三个手指的协同运动，利用机械结构的约束关系形成自适应抓取力。本文将详细介绍这种机器手的设计原理、抓取机制及针对多边形物体的抓取策略。

单驱动器三指机器手主要由以下关键部分组成：

三个手指呈等边三角形分布，确保对多边形物体形成稳定的三点支撑。每个手指包含 1-2 个自由度，通常采用欠驱动设计，通过机械约束实现被动适应物体形状。

单驱动器如何实现三指的协同运动是设计的核心挑战。常用的传动方案有两种：

齿轮传动方案提供更大的抓取力，而绳索传动方案更轻便且摩擦损失小。

针对多边形物体抓取，手指末端通常设计为：

每个手指可设计为单关节或双关节结构，双关节结构能更好地适应不同形状的多边形物体。

对于多边形物体，三指抓取需满足以下条件：

对于正多边形物体，由于对称性，三个手指均匀分布在三条边上时可实现稳定抓取。对于不规则多边形，则需要手指能自适应找到最佳接触点。

单驱动器系统中，三指的力分配通过机械结构实现：

当抓取多边形物体时，最先接触物体的手指会产生阻力，驱动其他手指继续运动直至全部接触，形成三点抓取。

三指从张开到闭合的运动过程可描述为：

对于 n 边多边形物体，最佳抓取点通常位于间隔的三条边上，形成稳定的三角形支撑。

虽然只有一个驱动器，仍需实现对抓取过程的有效控制：

针对不同类型的多边形物体，可采用以下抓取策略：

通过单一驱动器的传感器信息（位置、力 / 扭矩），可识别抓取过程的不同状态：

上述代码实现了单驱动器三指机器手抓取正方形物体的仿真过程，主要包含以下几个核心部分：

ThreeFingerGripper 类：模拟单驱动器三指机器手，实现了根据驱动器位置计算手指姿态的功能。三个手指呈 120° 对称分布，通过一个驱动器同步控制开合。
PolygonObject 类：表示多边形物体，这里以正方形为例，可通过参数设置边数、大小和位置。
GraspingSimulation 类：实现抓取仿真的核心逻辑，包括：
- 驱动器位置随时间变化的控制策略
- 手指与物体的碰撞检测算法
- 抓取状态的识别（未接触、部分接触、完全接触）
可视化部分：通过动画展示抓取过程，包括手指运动、物体形状和驱动器位置变化曲线。