[发明专利]机器人拟人手指自适应指尖力跟踪控制方法

权利要求书

1.一种机器人拟人手指自适应指尖力跟踪控制方法，其特征在于：所 述跟踪控制方法包括以下步骤：

1)设定机器人拟人手指具有n个关节和n个自由度，n为自然数，且 n≥2，所述手指包括1个侧摆关节和n-1个弯曲关节，建立n自由度 手指的D-H连杆坐标系，其中，坐标系x₀y₀z₀为基座标系，即定坐标 系；x₁y₁z₁，x₂y₂z₂，…x_ny_nz_n相对于基座标系建立，都是动坐标系， x_ny_nz_n为指尖坐标系；

2)在手指指尖安装指尖五维力传感器，通过指尖五维力传感器测量拟 人手指与环境的实际接触力，所述实际接触力是相对于指尖坐标系的， 通过以下坐标变换：

ⁿJ^TnF＝J^TF    (4)

其中：ⁿJ表示相对于指尖坐标系的雅克比矩阵；τ＝[τ₁ τ₂ τ₃□τ_n]^T表 示用于抵消手指接触力ⁿF，手指各关节的输出力矩，其中：τ₁表示侧 摆关节的输出力矩；τ₂表示弯曲关节1的输出力矩；τ₃表示弯曲关节2 的输出力矩；…τ_n表示弯曲关节n-1的输出力矩；J表示手指相对于基 座标系的雅克比矩阵；F＝[f_x f_y f_z m_x m_y m_z]表示指尖与环境相对 于基座标系的接触力，其中：f_x表示指尖接触力F在x₀坐标轴的分力； f_y表示指尖接触力F在y₀坐标轴的分力；f_z表示指尖接触力F在z₀坐 标轴的分力；m_x表示指尖接触力F绕x₀坐标轴的分力矩；m_y表示指 尖接触力F绕y₀坐标轴的分力矩；m_z表示指尖接触力F绕z₀坐标轴 的分力矩；

3)经过坐标变换后的手指与目标物体的实际接触力，与期望的接触力 F_r相减，得到接触力误差F_e；其中：期望的参考力F_r相对于手指基座 标系而言；如果接触力误差F_e小于预设的控制阈值，结束；否则进入 步骤4)；

4)接触力误差F_e乘以比例因子η，与指尖实际位置X相加得到指尖 下一控制周期的参考位置X_r，其中：比例因子η是通过模糊自整定控 制器在线调节，模糊自整定控制器的输入量为接触力误差F_e及接触力 误差变化率F_ec；X＝[p_x p_y p_z]，p_x表示指尖相对于基座标系的x坐 标值；p_y表示指尖相对于基座标系的y坐标值；p_z表示指尖相对于基 座标系的z坐标值；

5)由步骤4)得到的新的参考位置X_r经过手指逆运动学L^-1(X_r)求 解得到期望参考关节角度Θ_r＝[θ_1r θ_2r…θ_nr]，其中：θ_1r表示侧摆 关节的期望参考侧摆角度；θ_2r表示弯曲关节1的期望参考弯曲角度；… θ_nr表示弯曲关节n-1的期望参考弯曲角度；

6)期望参考关节角度Θ_r与手指各个关节实际角度Θ相减，其中：关 节实际角度由安装在关节上角度传感器检测得到，二者的差值作为手 指位置控制器的输入，手指位置控制器输出结果经过手指正运动学L (Θ)求解得到指尖实际位置。