[发明专利]半球形机器人柔软指尖结构的刚度辨识与接触力计算方法

权利要求书

1.一种半球形状的机器人柔软指尖结构的空间刚度辨识与接触力计算方法，其特征在于：

所述机器人柔软指尖结构，指在机器人手指的高硬度末端指节上，增加软性材料；

所述半球形状的机器人柔软指尖结构，由弹性半球体和硬质底板组成；所述硬质底板，与所述弹性半球体的底面固连；

所述弹性半球体，是形状为正半球形状的整块柔软材料，其球体半径为R，其底面为圆形，圆心标记为o；

所述半球形状的机器人柔软指尖结构，其弹性半球体在与硬质物件接触时发生变形，并与所述硬质物件间沿硬质物件的表面紧密贴合，形成接触面，将所述硬质物件的表面定义为载荷面；

将垂直于所述弹性半球体的底面，且经过o点的轴线设置为所述半球形状的机器人柔软指尖结构的Z轴，在所述弹性半球体的底面平面中，定义经过o点且相互垂直的两条直线分别为X轴和Y轴；所述X轴、Y轴、Z轴，共同构成所述半球形状的机器人柔软指尖结构的空间笛卡尔坐标系；

定义球心在所述o点的球坐标系，并使用所述接触面的几何中心点的球坐标来表示所述载荷面相对于所述半球形状的机器人柔软指尖结构的位置，所述接触面的几何中心点简记为接触面中点；其中ρ表示球坐标的径向位置，ρ和R的相互关系用于描述所述载荷面与所述弹性半球体间的接触状态，ρ＞R表示未接触，ρ＝R表示相切且为点接触，ρ＜R表示面接触；θ和分别表示所述载荷面在球坐标系中的经度方向位置和纬度方向位置；θ＝0°时表示所述接触面中点位于所述Z轴；的起点定义为所述弹性半球体的表面的任意点，逆时针为正向；且有0＜ρ≤R，0°≤θ＜90°，

将定义为ρ轴，将所述球坐标系中经过点的经线定义为θ轴，将所述球坐标系中经过点的纬线定义为轴；

在所述球坐标系下，进行刚度辨识实验，获取所述半球形状的机器人柔软指尖结构的空间接触刚度；所述刚度辨识实验，其步骤为将所述载荷面分别沿ρ轴、θ轴、轴位移进给，并同时测量各轴向的接触作用力，进而计算所述空间接触刚度；

在ρ轴位移进给实验中，取离散的θ_Init值，分别记录各θ_Init值对应的F_N、F_T1；

在θ轴位移进给实验中，取离散的θ_Init值和离散的ρ值，分别记录各θ_Init值和各ρ值对应的F_N、F_T1；

在轴位移进给实验中，取离散的θ_Init值和离散的ρ值，分别记录各θ_Init值和各ρ值对应的接触作用力F_N、F_T1和F_T2；

所述接触作用力F_N，为沿所述载荷面垂向的受力，即ρ轴正压力；

所述接触作用力F_T1，为沿θ轴在所述载荷面投影方向的受力，即θ轴切向力；

所述接触作用力F_T2，为沿轴在所述载荷面投影方向的受力，即轴切向力；

所述θ_Init，为初始接触点的θ轴坐标。