[发明专利]腱驱动机械手腱张力约束末端力位操作控制方法和装置

摘要

本发明公开了一种腱驱动机械手腱张力约束末端力位操作控制方法和装置，首先进行机械手自由空间关节角位置路径规划，获得期望笛卡尔位置；与物体接触后通过接触力控制由雅克比矩阵将期望指尖接触力转化为关节力矩；期望笛卡尔位置由关节刚度转化为关节力矩；两关节力矩之和由张力分配模块转换为期望腱张力，进一步由张力控制模块和腱驱动器实现手指运动控制。本发明通过结合接触力的控制，提高张力跟踪和接触力控制性能，减轻机械手接触物体时的冲击；通过约束腱张力，降低腱的磨损，提高系统的寿命。方法和装置可应用于以腱为传动方式的多关节机械臂、灵巧手假肢和末端执行器等多关节多连杆机构中。

主权项

一种腱驱动机械手腱张力约束末端力位操作控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，规划机械手单指自由空间中的关节角位置路径，规划灵巧手单指运动期望的接触力；设定腱张力约束范围和接触力阈值；步骤2，测量接触力值并将其与接触力阈值比较，以确定灵巧手和物体之间的接触状态；若接触力值小于接触力阈值，则机械手位于自由空间，设置输出接触力偏差Fe为0；否则，比较期望指尖接触力和实际指尖接触力传感器所测接触力之间的差别得到约束空间接触力偏差Fe；根据偏差计算控制量并结合当前期望关节角位置将其转换为关节力矩；期望的关节角位置θd与手指的实际关节角位置θa进行比较得到关节角位置误差θe＝θr－θd；将所述关节角位置误差转化为关节力矩；两个关节力矩求和，其结果进一步计算得到期望腱张力；比较期望腱张力和实际腱张力的偏差，根据这个偏差并基于合适的控制律把张力的偏差转化为位置的偏差，输入到腱驱动器进行控制。