(19)國家知識產(chǎn)權(quán)局(12)發(fā)明專利(72)發(fā)明人蓋廣洪許哲涵劉坤顏遜理事務(wù)所(普通合伙)32257專利代理師張榮一種多維力觸覺自適應(yīng)抓取的靈巧手控制一種多維力觸覺自適應(yīng)抓取的靈巧手控制系統(tǒng)21.一種多維力觸覺自適應(yīng)抓取的靈巧手控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)包括上位機(jī)、靈巧手總控制器模塊、以及為靈巧手的每根手指獨(dú)立配置的三維力觸覺傳感器模塊、手指控制器模塊和執(zhí)行器模塊這三個模塊；其中，所述靈巧手總控制器模塊接收并解析來自所述上位機(jī)的第一控制指令，生成各個靈巧手手指對應(yīng)的第二控制指令；所述三維力觸覺傳感器模塊監(jiān)測并獲取手指與目標(biāo)物體之間的接觸數(shù)據(jù)；所述手指控制器模塊基于所述第二控制指令，執(zhí)行靈巧手抓取任務(wù)，結(jié)合所述三維力觸覺傳感器模塊的接觸數(shù)據(jù)和所述執(zhí)行器模塊的狀態(tài)反饋數(shù)據(jù)，計(jì)算在不同時間點(diǎn)，由所述執(zhí)行器模塊控制的伺服電機(jī)應(yīng)達(dá)到的目標(biāo)位置，根據(jù)所述目標(biāo)位置，生成第三控制指令發(fā)送給所述執(zhí)行器模塊；所述執(zhí)行器模塊接收到所述第三控制指令后，調(diào)整伺服電機(jī)的位置，所述伺服電機(jī)驅(qū)動靈巧手指能夠按照預(yù)定的軌跡和力度完成自適應(yīng)抓取動作；其中，所述手指控制器模塊基于所述第二控制指令，結(jié)合所述三維力觸覺傳感器模塊的接觸數(shù)據(jù)和所述執(zhí)行器模塊的狀態(tài)反饋數(shù)據(jù)，計(jì)算在不同時間點(diǎn)，由所述執(zhí)行器模塊控制的伺服電機(jī)應(yīng)達(dá)到的目標(biāo)位置包括：所述手指控制器模塊接收所述第二控制指令，使靈巧手手指執(zhí)行抓取任務(wù)；當(dāng)靈巧手手指接觸到物體時，根據(jù)與目標(biāo)物體接觸的手指上的三維力觸覺傳感器模位時間內(nèi)三軸力值的最大變化速率，根據(jù)所述單位時間內(nèi)三軸力值的最大變化速率，對手指的抓取狀態(tài)進(jìn)行判斷：若所述單位時間內(nèi)三軸力值的最大變化速率滿足預(yù)設(shè)條件，所述手指控制器模塊從手指抓取控制模式切換到力保持狀態(tài)，伺服電機(jī)的位置不再變化，手指抓握完成；若所述單位時間內(nèi)三軸力值的最大變化速率不滿足預(yù)設(shè)條件，基于所述三軸中最大的力值，不斷迭代計(jì)算得到在不同時間點(diǎn)，由所述執(zhí)行器模塊控制的伺服電機(jī)應(yīng)達(dá)到的目標(biāo)根據(jù)所述三維力觸覺傳感器模塊獲取的手指受力位置數(shù)據(jù)和所述執(zhí)行器模塊獲取的電機(jī)速度，計(jì)算出手指受力位置關(guān)節(jié)速度；基于所述三軸中最大的力值和所述手指受力位置關(guān)節(jié)速度，計(jì)算受力位置關(guān)節(jié)下一個單位時間目標(biāo)位置Target_X:示虛擬原點(diǎn)；根據(jù)所述受力位置關(guān)節(jié)下一個單位時間目標(biāo)位置，計(jì)算出下一個單位時間電機(jī)位置，即所述目標(biāo)位置，基于所述目標(biāo)位置，伺服電機(jī)會在下一個單位時間內(nèi)向目標(biāo)位置運(yùn)動；其中，所述預(yù)設(shè)條件為：所述單位時間內(nèi)三軸力值的最大變化速率小于預(yù)設(shè)的變化率閾值且持續(xù)時間超過預(yù)設(shè)時長。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多維力觸覺自適應(yīng)抓取的靈巧手控制系統(tǒng)，其特征在于，所述3手指控制器模塊在靈巧手抓握的物體受到?jīng)_擊或因物體自身重力作用出現(xiàn)滑動情況，基于所述三維力觸覺傳感器模塊的反饋數(shù)據(jù)，計(jì)算單位時間內(nèi)三軸力值的最大變化速率，增大彈性系數(shù)，以增加靈巧手握持力，直到單位時間內(nèi)三軸力值的最大變化速率滿足所述預(yù)設(shè)條件。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多維力觸覺自適應(yīng)抓取的靈巧手控制系統(tǒng)，其特征在于，所述靈巧手總控制器模塊包括故障檢測及安全保護(hù)控制模塊，所述故障檢測及安全保護(hù)控制模塊與所述上位機(jī)、所述三維力觸覺傳感器模塊、所述執(zhí)行器模塊均連接，在靈巧手執(zhí)行抓取任務(wù)的過程中，實(shí)時監(jiān)測所述執(zhí)行器模塊的溫度和最大工作電流是否超過允許的工作條件，同時實(shí)時監(jiān)測所述三維力觸覺傳感器模塊輸出的最大力值是否超過允許的最大工作輸4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多維力觸覺自適應(yīng)抓取的靈巧手控制系統(tǒng)，其特征在于，所述靈巧手總控制器模塊包括手指協(xié)調(diào)控制模塊，所述手指協(xié)調(diào)控制模塊將來自所述上位機(jī)的第一控制指令進(jìn)行解析，生成各個靈巧手手指對應(yīng)的第二控制指令，同時，在所有靈巧手手指協(xié)同進(jìn)行抓取動作時，計(jì)算手指之間的距離，獲取干涉判斷結(jié)果，根據(jù)所述干涉判斷結(jié)果完成抓取動作中各個手指之間的避障。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多維力觸覺自適應(yīng)抓取的靈巧手控制系統(tǒng)，其特征在于，所述執(zhí)行器模塊包括電機(jī)控制器和絕對值編碼器，所述狀態(tài)反饋數(shù)據(jù)包括所述電機(jī)控制器獲取的伺服電機(jī)工作溫度和電流，以及所述絕對值編碼器獲取的伺服電機(jī)當(dāng)前速度及位置。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多維力觸覺自適應(yīng)抓取的靈巧手控制系統(tǒng)，其特征在于，多個手指控制器模塊通過同一個IIC總線與所述靈巧手總控制器模塊通信連接。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多維力觸覺自適應(yīng)抓取的靈巧手控制系統(tǒng)，其特征在于，所述上位機(jī)和所述靈巧手總控制器模塊通過RS485總線或CAN總線或EtherCAT總線通信連接。8.一種多維力觸覺自適應(yīng)抓取的靈巧手控制方法，其特征在于，利用如權(quán)利要求1至7任意一項(xiàng)所述的多維力觸覺自適應(yīng)抓取的靈巧手控制系統(tǒng)完成目標(biāo)物體的抓取，所述控制方法包括以下步驟：S1:接收用于執(zhí)行靈巧手抓取任務(wù)的第一控制指令，生成與各個靈巧手手指的動作對應(yīng)的第二控制指令；S2:監(jiān)測并獲取手指與目標(biāo)物體之間的接觸數(shù)據(jù)，基于所述第二控制指令，結(jié)合所述接觸數(shù)據(jù)和驅(qū)動手指的伺服電機(jī)的狀態(tài)反饋數(shù)據(jù)，計(jì)算在不同時間點(diǎn)，驅(qū)動手指應(yīng)達(dá)到的目S3:基于所述第三控制指令，調(diào)整所述伺服電機(jī)的位置，所述伺服電機(jī)驅(qū)動靈巧手指能夠按照預(yù)定的軌跡和力度完成自適應(yīng)抓取動作。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的多維力觸覺自適應(yīng)抓取的靈巧手控制方法，其特征在于，S2中，計(jì)算在不同時間點(diǎn)，驅(qū)動手指應(yīng)達(dá)到的目標(biāo)位置的方法如下：獲取與目標(biāo)物體接觸的手指在X、Y、Z三軸的受力數(shù)據(jù)，計(jì)算出三軸中最大的力值和單位時間內(nèi)三軸力值的最大變化速率，根據(jù)所述單位時間內(nèi)三軸力值的最大變化速率，對手指的抓取狀態(tài)進(jìn)行判斷：若所述單位時間內(nèi)三軸力值的最大變化速率滿足預(yù)設(shè)條件，從手指抓取控制模式切換4若所述單位時間內(nèi)三軸力值的最大變化速率不滿足預(yù)設(shè)條件，基于所述三軸中最大的力值，不斷迭代計(jì)算得到在不同時間點(diǎn)，驅(qū)動手指應(yīng)達(dá)到的目標(biāo)位置；其中，所述預(yù)設(shè)條件為：所述單位時間內(nèi)三軸力值的最大變化速率小于預(yù)設(shè)的變化率閾值且持續(xù)時間超過預(yù)設(shè)時長。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的多維力觸覺自適應(yīng)抓取的靈巧手控制方法，其特征在于，若所述單位時間內(nèi)三軸力值的最大變化速率不滿足預(yù)設(shè)條件，基于所述三軸中最大的力值，不斷迭代計(jì)算得到在不同時間點(diǎn)，驅(qū)動手指應(yīng)達(dá)到的目標(biāo)位置的方法如下：根據(jù)獲取的手指受力位置數(shù)據(jù)和當(dāng)前驅(qū)動手指的速度，計(jì)算出手指受力位置關(guān)節(jié)速基于所述三軸中最大的力值和所述手指受力位置關(guān)節(jié)速度，計(jì)算受力位置關(guān)節(jié)下一個單位時間目標(biāo)位置；根據(jù)所述受力位置關(guān)節(jié)下一個單位時間目標(biāo)位置，計(jì)算出下一個單位時間手指的驅(qū)動位置，即所述目標(biāo)位置，基于所述目標(biāo)位置，手指會在下一個單位時間內(nèi)向目標(biāo)11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的多維力觸覺自適應(yīng)抓取的靈巧手控制方法，其特征在于，計(jì)算受力位置關(guān)節(jié)下一個單位時間目標(biāo)位置Target_X:示虛擬原點(diǎn)。12.一種計(jì)算機(jī)存儲介質(zhì)，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)存儲介質(zhì)存儲有計(jì)算機(jī)軟件產(chǎn)品，所述計(jì)算機(jī)軟件產(chǎn)品包括的若干指令，用以使得一臺計(jì)算機(jī)設(shè)備執(zhí)行權(quán)利要求9至11任意一項(xiàng)所述的多維力觸覺自適應(yīng)抓取的靈巧手控制方法。5一種多維力觸覺自適應(yīng)抓取的靈巧手控制系統(tǒng)及控制方法技術(shù)領(lǐng)域[0001]本發(fā)明涉及機(jī)械手控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其是指一種多維力觸覺自適應(yīng)抓取的靈巧手控制系統(tǒng)及控制方法。背景技術(shù)[0002]隨著機(jī)器人技術(shù)的飛速發(fā)展，機(jī)器人已廣泛應(yīng)用于制造業(yè)、醫(yī)療、服務(wù)業(yè)等多個領(lǐng)域。其中，靈巧手作為模擬人類手指功能的機(jī)器人手，成為機(jī)器人技術(shù)研究的熱點(diǎn)。控制算法是決定靈巧手靈活性和精準(zhǔn)度的關(guān)鍵。傳統(tǒng)PID控制和阻抗控制雖在機(jī)器人控制領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，但在處理復(fù)雜任務(wù)時存在局限性。[0003]目前，靈巧手控制系統(tǒng)多采用基于位置傳感器的開環(huán)控制，該方式僅根據(jù)預(yù)設(shè)位置指令控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，忽略了手指與物體間的力反饋信息。這種控制在抓取簡單物體時或許有效，但在面對復(fù)雜或不規(guī)則物體時，其局限性[0004]此外，部分靈巧手控制系統(tǒng)采用了基于力傳感器的閉環(huán)控制，能實(shí)時監(jiān)測手指與物體間的力反饋信息并調(diào)整控制策略。然而，這些系統(tǒng)大多使用一維力觸覺傳感器，缺乏滑覺檢測能力。即便采用三維力觸覺傳感器或多點(diǎn)陣列觸覺傳感器，其信號處理算法也較為力傳感器，需預(yù)設(shè)期望壓力值，通過PID算法控制靈巧手抓取，直至壓力傳感器輸出值達(dá)到預(yù)設(shè)值。此控制模式無法檢測物體是否抓牢，是否發(fā)生滑動，導(dǎo)致抓取成功率在物體重量、形狀變化或受到?jīng)_擊時大幅下降，無法實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)抓取和拖拽示教等功能，限制了靈巧手處理復(fù)雜任務(wù)的能力。[0006]第一，控制策略多為開環(huán)，無法根據(jù)抓取過程中的反饋信息自適應(yīng)調(diào)整，易導(dǎo)致抓取失敗或損壞物體。耗方面仍存在較大的提升空間。發(fā)明內(nèi)容[0009]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種多維力觸覺自適應(yīng)抓取的靈巧手控制系統(tǒng)及控制方法，該控制系統(tǒng)包括上位機(jī)、靈巧手總控制器模塊、以及為靈巧手的每根手指獨(dú)立配置的三維力觸覺傳感器模塊、手指控制器模塊和執(zhí)行器模塊這三個模塊；[0010]其中，所述靈巧手總控制器模塊接收并解析來自所述上位機(jī)的第一控制指令，生成各個靈巧手手指對應(yīng)的第二控制指令；[0011]所述三維力觸覺傳感器模塊監(jiān)測并獲取手指與目標(biāo)物體之間的接觸數(shù)據(jù)；[0012]所述手指控制器模塊基于所述第二控制指令，執(zhí)行靈巧手抓取任務(wù)，結(jié)合所述三維力觸覺傳感器模塊的接觸數(shù)據(jù)和所述執(zhí)行器模塊的狀態(tài)反饋數(shù)據(jù)，計(jì)算在不同時間點(diǎn)，6由所述執(zhí)行器模塊控制的伺服電機(jī)應(yīng)達(dá)到的目標(biāo)位置，根據(jù)所述目標(biāo)位置，生成第三控制指令發(fā)送給所述執(zhí)行器模塊；[0013]所述執(zhí)行器模塊接收到所述第三控制指令后，調(diào)整伺服電機(jī)的位置，所述伺服電機(jī)驅(qū)動靈巧手指能夠按照預(yù)定的軌跡和力度完成自適應(yīng)抓取動作。[0014]在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，所述手指控制器模塊基于所述第二控制指令，結(jié)合所述三維力觸覺傳感器模塊的接觸數(shù)據(jù)和所述執(zhí)行器模塊的狀態(tài)反饋數(shù)據(jù)，計(jì)算在不同時間點(diǎn)，由所述執(zhí)行器模塊控制的伺服電機(jī)應(yīng)達(dá)到的目標(biāo)位置包括：[0015]所述手指控制器模塊接收所述第二控制指令，使靈巧手手指執(zhí)行抓取任務(wù)；[0016]當(dāng)靈巧手手指接觸到物體時，根據(jù)與目標(biāo)物體接觸的手指上的三維力觸覺傳感器單位時間內(nèi)三軸力值的最大變化速率，根據(jù)所述單位時間內(nèi)三軸力值的最大變化速率，并同時對手指的抓取狀態(tài)進(jìn)行判斷：[0017]若所述單位時間內(nèi)三軸力值的最大變化速率滿足預(yù)設(shè)條件，所述手指控制器模塊從手指抓取控制模式切換到力保持狀態(tài)，伺服電機(jī)的位置不再變化，手指抓握完成；[0018]若所述單位時間內(nèi)三軸力值的最大變化速率不滿足預(yù)設(shè)條件，基于所述三軸中最大的力值，不斷迭代計(jì)算得到在不同時間點(diǎn)，由所述執(zhí)行器模塊控制的伺服電機(jī)應(yīng)達(dá)到的[0019]其中，所述預(yù)設(shè)條件為：所述單位時間內(nèi)三軸力值的最大變化速率小于預(yù)設(shè)的變化率閾值且持續(xù)時間超過預(yù)設(shè)時長。[0020]在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，若所述單位時間內(nèi)三軸力值的最大變化速率不滿足預(yù)設(shè)條件，基于所述三軸中最大的力值，不斷迭代計(jì)算得到在不同時間點(diǎn)，由所述執(zhí)行器模塊控制的伺服電機(jī)應(yīng)達(dá)到的目標(biāo)位置包括：[0021]根據(jù)所述三維力觸覺傳感器模塊獲取的手指受力位置數(shù)據(jù)和所述執(zhí)行器模塊獲取的電機(jī)速度，計(jì)算出手指受力位置關(guān)節(jié)速度；[0022]基于所述三軸中最大的力值和所述手指受力位置關(guān)節(jié)速度，計(jì)算受力位置關(guān)節(jié)下一個單位時間目標(biāo)位置；[0023]根據(jù)所述受力位置關(guān)節(jié)下一個單位時間目標(biāo)位置，計(jì)算出下一個單位時間電機(jī)位置，即所述目標(biāo)位置，基于所述目標(biāo)位置，伺服電機(jī)會在下一個單位時間內(nèi)向目標(biāo)位置運(yùn)[0024]在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，計(jì)算受力位置關(guān)節(jié)下一個單位時間目標(biāo)位置尼系數(shù)，V表示手指受力位置關(guān)節(jié)速度，STIFFNESS表示虛擬彈性系數(shù)，MASS表示虛擬質(zhì)量系數(shù)，origin_X表示虛擬原點(diǎn)。[0027]在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，所述手指控制器模塊在靈巧手抓握的物體受到?jīng)_擊或7因物體自身重力作用出現(xiàn)滑動情況，基于所述三維力觸覺傳感器模塊的反饋數(shù)據(jù)，計(jì)算單位時間內(nèi)三軸力值的最大變化速率，增大彈性系數(shù)，以增加靈巧手握持力，直到單位時間內(nèi)三軸力值的最大變化速率滿足所述預(yù)設(shè)條件。[0028]在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，所述靈巧手總控制器模塊包括故障檢測及安全保護(hù)控制模塊，所述故障檢測及安全保護(hù)控制模塊與所述上位機(jī)、所述三維力觸覺傳感器模塊、所述執(zhí)行器模塊均連接，在靈巧手執(zhí)行抓取任務(wù)的過程中，實(shí)時監(jiān)測所述執(zhí)行器模塊的溫度和最大工作電流是否超過允許的工作條件，同時實(shí)時監(jiān)測所述三維力觸覺傳感器模塊輸出的最大力值是否超過允許的最大工作輸出值，若出現(xiàn)故障會及時停機(jī)，并對所述上位機(jī)發(fā)送故障信息。[0029]在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，所述靈巧手總控制器模塊包括手指協(xié)調(diào)控制模塊，所述手指協(xié)調(diào)控制模塊將來自所述上位機(jī)的第一控制指令進(jìn)行解析，生成各個靈巧手手指對應(yīng)的第二控制指令，同時，在所有靈巧手手指協(xié)同進(jìn)行抓取動作時，計(jì)算手指之間的距離，獲取干涉判斷結(jié)果，根據(jù)所述干涉判斷結(jié)果完成抓取動作中各個手指之間的避障。[0030]在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，所述執(zhí)行器模塊包括電機(jī)控制器和絕對值編碼器，所述狀態(tài)反饋數(shù)據(jù)包括所述電機(jī)控制器獲取的伺服電機(jī)工作溫度和電流，以及所述絕對值編碼器獲取的伺服電機(jī)當(dāng)前速度及位置。[0031]在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，多個手指控制器模塊通過同一個IIC總線與所述靈巧手總控制器模塊通信連接。[0032]在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，所述上位機(jī)和所述靈巧手總控制器模塊通過RS485總[0033]基于同一發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提供了一種多維力觸覺自適應(yīng)抓取的靈巧手控制方法，利用所述的多維力觸覺自適應(yīng)抓取的靈巧手控制系統(tǒng)完成目標(biāo)物體的抓取，所述控制方法包括以下步驟：[0034]S1:接收用于執(zhí)行靈巧手抓取任務(wù)的第一控制指令，生成與各個靈巧手手指的動作對應(yīng)的第二控制指令；[0035]S2:監(jiān)測并獲取手指與目標(biāo)物體之間的接觸數(shù)據(jù)，基于所述第二控制指令，結(jié)合所述接觸數(shù)據(jù)和驅(qū)動手指的伺服電機(jī)的狀態(tài)反饋數(shù)據(jù)，計(jì)算在不同時間點(diǎn)，驅(qū)動手指應(yīng)達(dá)到[0036]S3:基于所述第三控制指令，調(diào)整所述伺服電機(jī)的位置，所述伺服電機(jī)驅(qū)動靈巧手指能夠按照預(yù)定的軌跡和力度完成自適應(yīng)抓取動作。[0037]在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，S2中，計(jì)算在不同時間點(diǎn)，驅(qū)動手指應(yīng)達(dá)到的目標(biāo)位置的方法如下：[0038]獲取與目標(biāo)物體接觸的手指在X、Y、Z三軸的受力數(shù)據(jù)，計(jì)算出三軸中最大的力值和單位時間內(nèi)三軸力值的最大變化速率，根據(jù)所述單位時間內(nèi)三軸力值的最大變化速率，并同時對手指的抓取狀態(tài)進(jìn)行判斷：[0039]若所述單位時間內(nèi)三軸力值的最大變化速率滿足預(yù)設(shè)條件，從手指抓取控制模式[0040]若所述單位時間內(nèi)三軸力值的最大變化速率不滿足預(yù)設(shè)條件，基于所述三軸中最大的力值，不斷迭代計(jì)算得到在不同時間點(diǎn)，驅(qū)動手指應(yīng)達(dá)到的目標(biāo)位置；8[0041]其中，所述預(yù)設(shè)條件為：所述單位時間內(nèi)三軸力值的最大變化速率小于預(yù)設(shè)的變化率閾值且持續(xù)時間超過預(yù)設(shè)時長。[0042]在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，若所述單位時間內(nèi)三軸力值的最大變化速率不滿足預(yù)設(shè)條件，基于所述三軸中最大的力值，不斷迭代計(jì)算得到在不同時間點(diǎn)，驅(qū)動手指應(yīng)達(dá)到的目標(biāo)位置的方法如下：[0043]根據(jù)獲取的手指受力位置數(shù)據(jù)和當(dāng)前驅(qū)動手指的速度，計(jì)算出手指受力位置關(guān)節(jié)[0044]基于所述三軸中最大的力值和所述手指受力位置關(guān)節(jié)速度，計(jì)算受力位置關(guān)節(jié)下一個單位時間目標(biāo)位置；[0045]根據(jù)所述受力位置關(guān)節(jié)下一個單位時間目標(biāo)位置，計(jì)算出下一個單位時間手指的驅(qū)動位置，即所述目標(biāo)位置，基于所述目標(biāo)位置，手指會在下一個單位時間內(nèi)向目標(biāo)位置運(yùn)尼系數(shù)，V表示手指受力位置關(guān)節(jié)速度，STIFFNES[0049]本發(fā)明還提供了一種計(jì)算機(jī)存儲介質(zhì)，所述計(jì)算機(jī)存儲介質(zhì)存儲有計(jì)算機(jī)軟件產(chǎn)品，所述計(jì)算機(jī)軟件產(chǎn)品包括的若干指令，用以使得一臺計(jì)算機(jī)設(shè)備執(zhí)行所述的多維力觸覺自適應(yīng)抓取的靈巧手控制方法。[0050]本發(fā)明的上述技術(shù)方案相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：[0051]1、本發(fā)明結(jié)合了三維力觸覺傳感器與導(dǎo)納柔性力位混合控制算法，實(shí)現(xiàn)了靈巧手的閉環(huán)自適應(yīng)抓取控制，顯著提升了系統(tǒng)的靈活性和精確度。這一創(chuàng)新解決了現(xiàn)有系統(tǒng)在處理復(fù)雜任務(wù)時，因難以適應(yīng)物體形狀和材質(zhì)變化而導(dǎo)致的抓取穩(wěn)定性和精準(zhǔn)度下降問[0052]2、本發(fā)明采用基于三維力觸覺傳感器的拖拽示教及靈活的阻抗控制策略，無需依賴精確數(shù)學(xué)模型，從而拓寬了控制算法的應(yīng)用場景和范圍。[0053]3、通過優(yōu)化控制算法，本發(fā)明有效降低了執(zhí)行器的功耗，延長了機(jī)械手的使用壽[0054]4、本發(fā)明的應(yīng)用不僅限于五指靈巧手，同樣適用于三指、四指等其他類型的靈巧手及機(jī)械夾爪，展現(xiàn)出廣泛的適用性。附圖說明[0055]為了使本發(fā)明的內(nèi)容更容易被清楚的理解，下面根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例并結(jié)合9[0056]圖1是本發(fā)明的一種實(shí)施例中所提供的多維力觸覺自適應(yīng)抓取的靈巧手控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；[0057]圖2是本發(fā)明的一種實(shí)施例中所提供的多維力觸覺自適應(yīng)抓取的靈巧手控制系統(tǒng)具體結(jié)構(gòu)示意圖；[0058]圖3是本發(fā)明的一種實(shí)施例中基于三維力觸覺傳感器實(shí)現(xiàn)閉環(huán)自適應(yīng)抓取控制方法流程圖；[0059]圖4是本發(fā)明的一種實(shí)施例中導(dǎo)納柔性力位混合控制方法流程圖；[0060]圖5是本發(fā)明的一種實(shí)施例中多維力觸覺自適應(yīng)抓取的靈巧手控制系統(tǒng)的通訊架[0061]圖6是本發(fā)明的一種實(shí)施例中所提供的多維力觸覺自適應(yīng)抓取的靈巧手控制方法流程示意圖；具體實(shí)施方式[0063]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以更好地理解本發(fā)明并能予以實(shí)施，但所舉實(shí)施例不作為對本發(fā)明的限定。實(shí)施例一[0064]如圖1和圖2所示，本發(fā)明提供了一種多維力觸覺自適應(yīng)抓取的靈巧手控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括上位機(jī)10、靈巧手總控制器模塊20、以及為靈巧手的每根手指獨(dú)立配置的三維力觸覺傳感器模塊30、手指控制器模塊40和執(zhí)行器模塊50這三個模塊；[0065]其中，所述靈巧手總控制器模塊20接收并解析來自所述上位機(jī)的第一控制指令，生成各個靈巧手手指對應(yīng)的第二控制指令；[0066]所述三維力觸覺傳感器模塊30監(jiān)測并獲取手指與目標(biāo)物體之間的接觸數(shù)據(jù)；[0067]所述手指控制器模塊40基于所述第二控制指令，執(zhí)行靈巧手抓取任務(wù)，結(jié)合所述三維力觸覺傳感器模塊30的接觸數(shù)據(jù)和所述執(zhí)行器模塊50的狀態(tài)反饋數(shù)據(jù)，計(jì)算在不同時間點(diǎn)，由所述執(zhí)行器模塊50控制的伺服電機(jī)應(yīng)達(dá)到的目標(biāo)位置，根據(jù)所述目標(biāo)位置，生成第三控制指令發(fā)送給所述執(zhí)行器模塊50;[0068]所述執(zhí)行器模塊50接收到所述第三控制指令后，調(diào)整伺服電機(jī)的位置，所述伺服電機(jī)驅(qū)動靈巧手指能夠按照預(yù)定的軌跡和力度完成自適應(yīng)抓取動作。[0069]由以上技術(shù)方案可知，本發(fā)明通過三維力觸覺傳感器模塊30實(shí)時監(jiān)測手指與目標(biāo)物體之間的接觸數(shù)據(jù)，手指控制器模塊40能夠結(jié)合這些數(shù)據(jù)和執(zhí)行器模塊50的狀態(tài)反饋，精確計(jì)算伺服電機(jī)應(yīng)達(dá)到的目標(biāo)位置，并生成相應(yīng)的控制指令。這種精準(zhǔn)的控制方式使得靈巧手能夠根據(jù)不同情況自適應(yīng)調(diào)整抓取力度和速度，確保抓取動作的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。[0070]每根手指都獨(dú)立配置了三維力觸覺傳感器模塊30、手指控制器模塊40及執(zhí)行器模塊50,實(shí)現(xiàn)了多指獨(dú)立控制。這種設(shè)計(jì)使得靈巧手能夠更靈活地應(yīng)對復(fù)雜抓取任務(wù)，通過各手指之間的協(xié)同作業(yè)，提高抓取效率和成功率。[0071]結(jié)合圖3和圖4的示意圖，下面將詳細(xì)闡述采用基于三維力觸覺傳感器的閉環(huán)自適軸的受力數(shù)據(jù)Fx,Fy,Fz,所述手指控制器模塊40計(jì)算出三軸中最大的力值內(nèi)三軸力值的最大變化速率進(jìn)行判斷：[0076]若所述單位時間內(nèi)三軸力值的最大變化速率△vF滿足小于預(yù)設(shè)的變化率閾值[0077]若所述單位時間內(nèi)三軸力值的最大變化速率△vF不滿足預(yù)設(shè)條件，基于所述三軸中最大的力值Fmax,采用導(dǎo)納柔性力位混合控制方法不斷迭代計(jì)算得到在不同時間滿足單位時間內(nèi)三軸力值的最大變化速率△vF滿足預(yù)設(shè)條件。[0079]根據(jù)所述三維力觸覺傳感器模塊30獲取的手指受力位置數(shù)據(jù)和所述執(zhí)行器模塊[0080]基于虛擬原點(diǎn)等初始化參數(shù)、所述三軸中最大的力值Fmax和所述手指受力位置11[0083]根據(jù)所述受力位置關(guān)節(jié)下一個單位時間目標(biāo)位置Target_X,計(jì)算出下一個單位時間電機(jī)位置，即所述目標(biāo)位置，基于所述目標(biāo)位置，伺服電機(jī)會在下一個單位時間內(nèi)向目標(biāo)位置運(yùn)動，通過不斷循環(huán)執(zhí)行上述步驟，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)納柔性力位混合控制，從而能夠靈活且精確地控制靈巧手的抓取動作。[0084]在靈巧手抓握的物體受到?jīng)_擊或因物體自身重力作用出現(xiàn)滑動情況，手指控制器模塊40會依據(jù)三維力觸覺傳感器模塊30提供的實(shí)時反饋數(shù)據(jù)，進(jìn)行以下處理：首先，計(jì)算單位時間內(nèi)三軸力值(即X、Y、Z軸方向的力)的最大變化速是否滿足預(yù)設(shè)的穩(wěn)定抓取條件，即是否小于或等于0.01N/ms。一旦判定當(dāng)前的最大變化速率不滿足此條件(即變化速率大于0.01N/ms),則表明抓握狀態(tài)不穩(wěn)定，此時力保持模式將自動切換至導(dǎo)納柔性力位混合控制模式。[0085]在切換至導(dǎo)納柔性力位混合控制模式后，系統(tǒng)會根據(jù)當(dāng)前檢測到的單位時間內(nèi)三軸力值的最大變化速率，動態(tài)調(diào)整彈性系數(shù)。具體地，隨著最大變化速率的增加，相應(yīng)地增大彈性系數(shù)，以增強(qiáng)靈巧手的握持力，從而有效抑制物體的滑動趨勢。這一過程持續(xù)進(jìn)行，直至單位時間內(nèi)三軸力值的最大變化速率重新滿足預(yù)設(shè)的穩(wěn)定抓取條件，即變化速率降低至0.01N/ms且持續(xù)500ms的時長。[0086]通過上述機(jī)制，靈巧手能夠?qū)崿F(xiàn)對不同復(fù)雜抓取情況的自適應(yīng)調(diào)整，顯著提升了其在各種環(huán)境下的穩(wěn)定抓取能力。[0087]進(jìn)一步地，所述靈巧手總控制器模塊20包括故障檢測及安全保護(hù)控制模塊21、手指協(xié)調(diào)控制模塊22和通訊模塊23,所述通訊模塊23與所述上位機(jī)10、所述三維力觸覺傳感器模塊30、所述執(zhí)行器模塊50均連接，所述通訊模塊23負(fù)責(zé)接收并傳輸其他組件的控制指令數(shù)據(jù)，以保障系統(tǒng)間的高效通信協(xié)同機(jī)制。它同時承擔(dān)著為上位機(jī)10對靈巧手進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控與調(diào)控的職責(zé)，功能涵蓋預(yù)設(shè)動作序列的編程、自適應(yīng)導(dǎo)納控制模式的實(shí)現(xiàn)以及拖拽式示教功能的提供等。[0088]其中，所述故障檢測及安全保護(hù)控制模塊21連接所述通訊模塊23,在靈巧手執(zhí)行抓取任務(wù)的過程中，實(shí)時監(jiān)測所述執(zhí)行器模塊50的溫度和最大工作電流是否超過允許的工作條件，同時實(shí)時監(jiān)測所述三維力觸覺傳感器模塊30輸出的最大力值是否超過允許的最大工作輸出值，若出現(xiàn)故障會及時停機(jī)，并對所述上位機(jī)10發(fā)送故障信息。[0089]所述手指協(xié)調(diào)控制模塊22與所述通訊模塊23連接，將來自所述上位機(jī)10的第一控制指令進(jìn)行解析，生成各個靈巧手手指對應(yīng)的第二控制指令，同時，在所有靈巧手手指協(xié)同進(jìn)行抓取動作時，通過空間干涉檢測算法計(jì)算手指之間的距離，獲取干涉判斷結(jié)果，根據(jù)所述干涉判斷結(jié)果完成抓取動作中各個手指之間的避障。[0090]進(jìn)一步地，所述執(zhí)行器模塊50包括均與伺服電機(jī)連接的電機(jī)控制器51和絕對值編碼器52,所述狀態(tài)反饋數(shù)據(jù)包括所述電機(jī)控制器51獲取的伺服電機(jī)工作溫度和電流，以及所述絕對值編碼器52獲取的伺服電機(jī)當(dāng)前速度及位置。[0091]在如圖5所示的靈巧手控制系統(tǒng)的通訊架構(gòu)中，靈巧手總控制器模塊20與上位機(jī)10之間的通信支持RS485、CAN總線以及EtherCAT這三種高性能通信協(xié)議。此外，靈巧手總控制器模塊20還配備了API(應(yīng)用程序編程接口)、ROS(機(jī)器人操作系統(tǒng))及ROS2接口，以供用戶進(jìn)行深入的二次開發(fā)，從而極大地提升了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和可維護(hù)性。[0092]靈巧手總控制器模塊20與手指控制器模塊40之間采用了IIC(兩線式串行總線)通信協(xié)議。這一設(shè)計(jì)使得部署在多個手指上的手指控制器模塊40能夠共享同一條IIC總線，不僅簡化了控制系統(tǒng)的布線復(fù)雜度，還有效地減少了靈巧手總控制器模塊20所需占用的I/0(輸入/輸出)引腳數(shù)量。[0093]對于三維力觸覺傳感器模塊30與手指控制器模塊40之間的通信，系統(tǒng)同樣采用了IIC總線。這一做法使得多個三維力觸覺傳感器模塊30能夠輕松地掛載到同一條IIC總線上，進(jìn)一步節(jié)省了手指控制器模塊40的I/0引腳資源。[0094]在執(zhí)行器模塊50層面，電機(jī)控制器51和絕對值編碼器52均與手指控制器模塊40通過SPI(串行外設(shè)接口)總線進(jìn)行通信。SPI總線以其高速、全雙工、同步的通信特點(diǎn)，確保了電機(jī)控制器51、絕對值編碼器52與手指控制器模塊40之間數(shù)據(jù)的高效傳輸。[0095]需要注意的是，采用本發(fā)明的任意結(jié)構(gòu)形式的靈巧手，均具備出色的拖拽示教能力，這一特性允許用戶通過直觀的拖拽方式，輕松實(shí)現(xiàn)靈巧手動作的靈活編排。[0096]當(dāng)上位機(jī)被切換至拖拽示教模式時，導(dǎo)納柔性力位混合控制中的彈性系數(shù)會被自動設(shè)置為0,以確保在拖拽過程中，靈巧手手指能夠無阻礙地跟隨人手動作。此時，用戶可以用雙手的食指和拇指捏住靈巧手手指上安裝的觸覺傳感器側(cè)面(即X/Y軸受力區(qū)域),通過施加適當(dāng)?shù)牧硪龑?dǎo)靈巧手手指進(jìn)行抓握動作的示教。同樣地，當(dāng)用戶用手指按壓觸覺傳感器正面(即Z軸受力區(qū)域)時，可以實(shí)現(xiàn)對靈巧手手指伸展示教的操控。這里的抓握示教指的是使靈巧手手指彎曲以模擬抓握動作，而伸展示教則是讓手指復(fù)位至伸直狀態(tài)。[0097]在拖拽靈巧手手指至所需位置后，用戶可以在上位機(jī)上記錄當(dāng)前的示教點(diǎn)，并設(shè)置從上一個位置移動至該點(diǎn)的速度。通過重復(fù)這一操作，用戶可以連續(xù)記錄多組示教點(diǎn)，從而逐步構(gòu)建出完整的動作序列。[0098]一旦動作編排完成，用戶只需在上位機(jī)上保存示教點(diǎn)信息，靈巧手便能夠按照預(yù)設(shè)的示教點(diǎn)順序，自動執(zhí)行編排好的動作。這種拖拽示教方式不僅簡化了靈巧手的編程過程，還極大地提高了動作編排的靈活性和準(zhǔn)確性，使得用戶能夠輕松地為靈巧手定制各種復(fù)雜的操作任務(wù)。[0099]綜上所述，本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)，不僅提高了靈巧手的抓取精度和適應(yīng)性，了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低了成本，增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性和安全性，還提高了控制算法的適應(yīng)性和魯實(shí)施例二[0100]基于和實(shí)施例一的同一發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提供了一種多維力觸覺自適應(yīng)抓取的靈巧手控制方法，利用實(shí)施例一中所述的多維力觸覺自適應(yīng)抓取的靈巧手控制系統(tǒng)完成目[0101]S1:接收用于執(zhí)行靈巧手抓取任務(wù)的第一控制指令，生成與各個靈巧手手指的動作對應(yīng)的第二控制指令；[0102]S2:監(jiān)測并獲取手指與目標(biāo)物體之間的接觸數(shù)據(jù)，基于所述第二控制指令，結(jié)合所述接觸數(shù)據(jù)和驅(qū)動手指的伺服電機(jī)的狀態(tài)反饋數(shù)據(jù)，計(jì)算在不同時間點(diǎn)，驅(qū)動手指應(yīng)達(dá)到中最大的力值Fmax=max(Fx,Fy,Fz)和單位時間(dt)內(nèi)三軸力值的化速率,根據(jù)所述單位時間內(nèi)三軸力值的最大變化速率△vF,對手指的[0106]若所述單位時間內(nèi)三軸力值的最大變化速率△vF滿足小于預(yù)設(shè)的變化率閾值軸中最大的力值Fmax’,不斷迭代計(jì)算得到在不同時間點(diǎn)，驅(qū)動手指應(yīng)達(dá)到的目標(biāo)位置，[0108]根據(jù)獲取的手指受力位置數(shù)據(jù)和當(dāng)前驅(qū)動手指的速度，通過機(jī)器人運(yùn)動學(xué)D-H算[0109]基于所述三軸中最大的力值Fmax和所述手指受力位置關(guān)節(jié)速度V,采用基于二間目標(biāo)位置Target_X:[0111]其中，dt表示單位時[0112]根據(jù)所述受力位置關(guān)節(jié)下一個單位時間目標(biāo)位置Target_X,計(jì)算出下一個實(shí)施例三[0114]本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員應(yīng)明白，本申請的實(shí)施例可提供為方法、系統(tǒng)、或計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。因此，本申請可采用完全硬件實(shí)施例、完全軟件實(shí)施