[发明专利]机器人拟人手指自适应指尖力跟踪控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种器人拟人手指控制方法。

背景技术

进入20世纪90年代，具有一般功能的传统工业机器人的应用趋 向饱和，而随着机器人技术的进一步发展以及人工智能技术的出现， 机器人的应用逐渐从工业领域，延伸到农业、医疗康复、服务娱乐业 等领域当中，其操作环境往往是动态非良好的，操作对象也变得更加 的多样化和复杂化，这就要求机器人配置功能更加强大，适应性和灵 活性更加好的末端执行器，从而促使国内外学者相继展开新一代机器 人末端执行器的研究工作。目前，研究者们普遍采用的方案是：以人 手为原型，模拟人手的功能和结构设计具有多关节、多手指的多自由 度机器人末端执行器，称之为机器人多指灵巧手。目前存在的机器人 多指灵巧手，可以分为两大类：采用电机驱动的刚性灵巧手和采用气 动柔性驱动器(如PMA、FPA等)驱动的柔性灵巧手，如专利号为 200810122003.7的发明专利就是采用气动柔性驱动器FPA驱动。

机器人多指灵巧手能够像人手一样进行灵活抓取和操作，其控制 系统及控制策略的研究显得更加重要。多指灵巧手指尖输出力的精确 程度，直接决定了灵巧手能否对目标物体实现稳定抓取。对目标物体 实现稳定抓取，可以看作是灵巧手多个手指及手掌与目标物体之间存 在一组力约束的多机器人系统，故在进行抓取和操作时具有多闭环特 征，存在力控制的不唯一性、力对抗与合作等问题。然而，多指灵巧 手的抓取过程往往是一个与环境接触动态非良好的过程，多数情况下 灵巧手或者操作者对环境位置(指尖与目标物体接触初始位置)的估 计不够精确，即灵巧手在未知环境中抓取或操作目标物体。人们更多 的是期望在未知环境中，手指同时满足位置与力的某种理想的动态关 系，同时希望手指与环境的接触力保持恒定的期望值。

由于气动柔性驱动器(如PMA、FPA等)主要构成材料是橡胶， 同时采用气动驱动，其精确的数学模型难以建立，故采用气动柔性驱 动器驱动的柔性灵巧手指尖力难以精确控制。

发明内容

为了克服已有现有的机器人拟人手指指尖力的控制精度较差、控 制效果较差的不足，本发明提供一种控制精度较高、控制效果良好的 机器人拟人手指自适应指尖力跟踪控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种机器人拟人手指自适应指尖力跟踪控制方法，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)