[发明专利]一种带有消抖处理的灵巧手主从控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及了一种机械手控制方法，尤其是涉及了一种带有消抖处理的灵巧手主从控制方法。

背景技术

灵巧手可模拟人手操作，在深海探测、战场排雷、核料搬运以及航天设备检修等高危环境中有重大的应用前景。然而，灵巧手所面临的工作环境具有高度复杂性和不可预测性，受到人工智能、自动控制和传感器等技术的限制，要其完全自主的处理这些复杂环境并且完成精确的操作，是一项极具挑战性且短期内难以实现的任务。灵巧手主从控制方法是通过人手直接控制灵巧手，用人脑的智慧直接决策灵巧手可能遇到的各种复杂环境，遥控灵巧手完成操作任务，是目前比较可行的方法。灵巧手运动的精确性、实时性和稳定性是衡量灵巧手主从控制方法的主要指标。

灵巧手的主从控制首先需要得到人手指关节的运动数据。Nakagawarsa等人采用外骨架机构实现了人手指关节运动角度的计量；Castellini等人通过测量人手运动时表面肌电信号得到人手指关节的运动角度；Margallo等人利用数据手套得到了人手指关节的运动角度。图像识别方法也能获取人手指关节的运动角度，但是还不能克服人手被遮挡的问题。

驱动器是灵巧手主从控制的核心部件。按驱动器的安装位置，灵巧手可以分为外置型灵巧手和内置型灵巧手。外置型灵巧手的驱动器安装在灵巧手外部，通过腱或带传动将动力传递给各手指关节。比如，Standford/JPL手(9个主动自由度，直流伺服电机驱动)、Utah/MIT手(12个主动自由度，伺服气缸驱动)、Robonaut手(14个主动自由度，无刷直流电机驱动)和Shadow手(21个主动自由度，空气肌肉驱动)。内置型灵巧手的驱动器及传动部件安装在手指和手掌内部，通过直接驱动或齿轮传动，将动力传递给各手指关节。比如，DIST手(16个主动自由度，无刷直流电机驱动)、Gifu手(16个主动自由度，微型直流电机驱动)、BUAA手(16个主动自由度，伺服直流电机驱动)和HIT/DLR II手(15个主动自由度，无刷直流电机驱动)。

由于人手与灵巧手存在着结构差异，人手与灵巧手的运动映射是灵巧手主从控制的关键所在。Rohling等人研制了外骨架EXOSHandmaster系统，实现了伺服气缸驱动的Utah/MIT灵巧手主从控制；Liu等人通过数据手套，实现了空气肌肉驱动的BIT hand灵巧手主从控制；Mouri等人通过力反馈外骨架手套，实现了微型直流电机驱动的Gifu III灵巧手主从控制^[14,15]；Vogel等人通过表面肌电测量方法，实现了无刷直流电机驱动的DLR LWR-III灵巧手主从控制。

从上述分析可以得出，目前人手指关节的运动数据主要通过外骨架机构、表面肌电信号和数据手套获取。灵巧手的驱动器主要有直流电机、伺服气缸和空气肌肉等。学者们正尝试通过灵巧手驱动器与人手指关节运动数据获取方法之间的不同组合，主从控制灵巧手运动，以期实现较好的运动精确、实时性和稳定性。

现有技术中由于受到人工智能、自动控制和传感器等技术的限制，灵巧手在非结构化环境下实现完全自主的操作还是非常困难。并且在研究过程中，发现数据手套的采集频率高、传感器很灵敏以及人手指会不自主的抖动，引起手指关节运动角度的波动，造成了步进电机运转不平稳，进而影响了灵巧手抓取物体的稳定性，因此也需要在主从控制进行消抖处理。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明提出了一种带有消抖处理的灵巧手主从控制方法，以数据手套和步进电机组合方式，通过数据手套获取人手指关节的运动数据，映射到步进电机驱动的灵巧手各手指关节上，操控灵巧手运动。

本发明采用的技术方案是：

本发明基于数据手套、PC机、集成电路板和步进电机驱动的YWZ灵巧手，具体包括以下步骤：

1)先由数据手套采集到人手指各个关节的运动角度，通过蓝牙传送给PC机；

2)PC机通过运动映射、消抖处理以及步进电机转动方向和脉冲数的求解，生成符合PC机与集成电路板之间通信协议数据格式的运动控制信号；

3)创建PC机与集成电路板之间的通信串口，PC机通过通信串口把运动控制信号发送给集成电路板，集成电路板接收并发送对应的步进电机旋转相应角度，驱动YWZ灵巧手的主从运动。

所述步骤1)的数据手套采用CyberGloveII数据手套。