一种仿生两手指运动控制方法、装置及设备制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种仿生两手指运动控制方法、装置及设备，方法包括：获取搭建的仿生两手指运动系统；根据动力学原理，生成仿生两手指运动系统的非线性系统；基于模糊模型的表达方法，将所述非线性系统转化为δ算子的T‑S模糊系统；根据所述T‑S模糊系统、预先设计的δ算子的位置误差观测器以及δ算子的观测反馈观测器，获得误差控制系统，并根据所述误差控制系统构建闭环控制系统以及使得闭环控制系统镇定；基于所述闭环控制系统以及预设的可达集控制算法对仿生两手指运动系统进行控制，使得对仿生拇指与仿生食指的位置的追踪误差被控制在给定的精度范围内。

【技术实现步骤摘要】
一种仿生两手指运动控制方法、装置及设备
本专利技术涉及机器人
，尤其涉及一种仿生两手指运动控制方法、装置及设备。
技术介绍
现在，机器人已经在人们生活中的很多方面得到了非常广泛的应用，并且为人类做出了很多贡献，而且机器人在不久的将来会有更广泛的应用。许多国家和高校都对人形机器人展开了研究，例如：日本索尼公司的机器人QRIO，波±顿动力公司人形机器人Atlas，国防科技大学的“先行者”机器人，浙江大学的“悟”“空”机器人，北京理工大学的“汇童”系列机器人等。可以说，仿人机器人发展水平代表了目前机器人学界的尖端技术和探索前沿。机器人抓取物体是仿人机器人的一个重要研究课题。由于环境的不确定性，要求机器人抓取具有一定的抗干扰能力，以保证对物体的稳定抓取，这些均对机器人手指控制系统的性能提出了严格的要求。当前机器人手指抓取抗干扰大多是采用工程实践经验加以抑制或者补偿，并无法给出保证干扰影响的定量结果。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种仿生两手指运动控制方法、装置及设备，能够给出保证干扰影响的定量结果。本专利技术实施例提供了一种仿生两手指运动控制方法，包括以下步骤：获取搭建的仿生两手指运动系统；其中，所述仿生两手指运动系统包括表贴式永磁同步电机、仿生拇指和仿生食指；所述仿生拇指和所述仿生食指各有一个铰接，且所述表贴式永磁同步电机与所述放生拇指以及所述仿生食指连接，以驱动所述仿生拇指和所述仿生食指进行协调旋转；根据动力学原理，生成所述仿生两手指运动系统的非线性系统；其中，所述非线性系统包括表贴式永磁同步电机、仿生拇指、仿生食指的数学模型；且所述仿生拇指的数学模型以及仿生食指的数学模型能够根据抓取物体的位置进行改写；基于模糊模型的表达方法，将所述非线性系统转化为δ算子的T-S模糊系统；根据所述T-S模糊系统、预先设计的δ算子的位置误差观测器以及δ算子的观测反馈观测器，获得误差控制系统，并根据所述误差控制系统构建闭环控制系统以及使得闭环控制系统镇定；基于所述闭环控制系统以及预设的可达集控制算法对仿生两手指运动系统进行控制，使得对仿生拇指与仿生食指的位置的追踪误差被控制在给定的精度范围内。优选地，设所述表贴式永磁同步电机的的旋转位置为A、仿生拇指的末端位置为T，仿生食指的末端位置为I，则所述表贴式永磁同步电机在A点处与所述仿生拇指进行连接以控制仿生拇指的旋转，并通过杆AB、杆BC、杆CD在C点处与所述仿生食指连接，以控制仿生食指的旋转；其中，线段AD位于x轴上；杆AB与x轴的夹角为杆BC与x轴的夹角为δ，杆DC与x轴的夹角为ψ，∠IDC的角度为ε，∠TAB的角度为θ，AD的距离为l4，拇指和食指的长度分别为l5、l6。优选地，所述表贴式永磁同步电动机的数学模型为：其中，TL是负载转矩，ω是电磁旋转角速度，iqs是q轴的电流，Vqs是q轴的电压，ids是d轴的电流，Vds是d轴的电压，k1～k6是电动机的参数；设仿生拇指的尾端位置T(xT,yT)，仿生食指的尾端位置I(xI,yI)，则有：和其中，A点是电机的旋转位置，那么它的角度为对xT，yT，xI，yI进行求导后得到：和定义其中表示抓取物体的位置，改写得到：和根据表贴式永磁同步电动机的数学模型、所述仿生拇指以及仿生食指改写后的数学模型得到所述仿生两手指运动系统的非线性系统：优选地，所述基于模糊模型的表达方法，将所述非线性系统转化为δ算子的T-S模糊系统具体为：选择作为模型系统的前件变量；则所述非线性系统通过δ算子的T-S模糊系统表示为：其中，x(t)＝[ωiqsidsexTeyTexIexI]T,u(t)＝[VqsVds]T,为T-S模糊系统的扰动输入,αi(t)为T-S模糊系统的隶属度函数，{Ai，Bi，C}为两关节系统矩阵；其中，所述δ算子的T-S模糊系统里面的ω,iqs,ids是可测量的状态变量，exT,eyT,exI,eyI是不可测的状态变量，因此参数C被选择为：C＝diag{1,1,1,0,0,0,0}。优选地，δ算子的位置误差观测器构造如下：优选地，所述δ算子的观测反馈控制器构造如下：其中，Ki为系统的控制器增益；定义估计的误差那么根据T-S模糊系统、位置误差观测器以及观测反馈控制器得到如下的误差控制系统：写成增广的形式如下：其中考虑如下的李雅普诺夫函数其中，矩阵使用delta算子系统的理论，得到:基于公式(14)，得到：即使得闭环控制系统镇定。优选地，可达集控制算法构造如下：为了保证满足可达集控制算法，以下的矩阵不等式需要满足：其中*代表矩阵的转置；满足以上的不等式，得到：V(t+T)<1.这里选择较大的数值P4,P5,P6,P7，并忽略其他较小的数值，如此得到：定义为了获得定位误差的最小界限只要实现那么得到以下的优化算法：如此，即使得位置的追踪误差被控制在给定的精度范围内。本专利技术实施例还提供了一种仿生两手指运动控制装置，包括：运动系统获取单元，用于获取搭建的仿生两手指运动系统；其中，所述仿生两手指运动系统包括表贴式永磁同步电机、仿生拇指和仿生食指；所述仿生拇指和所述仿生食指各有一个铰接，且所述表贴式永磁同步电机与所述放生拇指以及所述仿生食指连接，以驱动所述仿生拇指和所述仿生食指进行协调旋转；非线性系统生成单元，用于根据动力学原理，生成所述仿生两手指运动系统的非线性系统；其中，所述非线性系统包括表贴式永磁同步电机、仿生拇指、仿生食指的数学模型；且所述仿生拇指的数学模型以及仿生食指的数学模型能够根据抓取物体的位置进行改写；转化单元，用于基于模糊模型的表达方法，将所述非线性系统转化为δ算子的T-S模糊系统；闭环控制系统生成单元，用于根据所述T-S模糊系统、预先设计的δ算子的位置误差观测器以及δ算子的观测反馈观测器，获得误差控制系统，并根据所述误差控制系统构建闭环控制系统以及使得闭环控制系统镇定；控制单元，用于基于所述闭环控制系统以及预设的可达集控制算法对仿生两手指运动系统进行控制，使得对仿生拇指与仿生食指的位置的追踪误差被控制在给定的精度范围内。本专利技术实施例还提供了一种仿生两手指运动控制设备，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器内的可执行代码，所述可执行代码能够被所述处理器执行以实现如上述的仿生两手指运动控制方法。上述实施例中，通过构造仿生两手指传动系统，并建立仿生两手指系统的非线性系统。基于该非线性系统以及模糊模型的表达方法，将非线性系统转化为模糊系统。基于图像定位发给系统的参考位置坐标，设计仿生两手指末端的位置追踪模糊观测器，并根据可达集控制算法控制保证两仿生手指末端位置的追踪控制精度在给定的范围，从而给出干扰影响的定量结果。附图说明图1为本专利技术第一实施例提供的仿生两手指运动控制方法的流程示意图；图2为本专利技术第一实施例提供的仿生两手指运动系统的结构示意图；图3为本专利技术第二实施例提供的仿生两手指运动控制装置的结构示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种仿生两手指运动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：获取搭建的仿生两手指运动系统；其中，所述仿生两手指运动系统包括表贴式永磁同步电机、仿生拇指和仿生食指；所述仿生拇指和所述仿生食指各有一个铰接，且所述表贴式永磁同步电机与所述放生拇指以及所述仿生食指连接，以驱动所述仿生拇指和所述仿生食指进行协调旋转；根据动力学原理，生成所述仿生两手指运动系统的非线性系统；其中，所述非线性系统包括表贴式永磁同步电机、仿生拇指、仿生食指的数学模型；且所述仿生拇指的数学模型以及仿生食指的数学模型能够根据抓取物体的位置进行改写；基于模糊模型的表达方法，将所述非线性系统转化为δ算子的T‑S模糊系统；根据所述T‑S模糊系统、预先设计的δ算子的位置误差观测器以及δ算子的观测反馈观测器，获得误差控制系统，并根据所述误差控制系统构建闭环控制系统以及使得闭环控制系统镇定；基于所述闭环控制系统以及预设的可达集控制算法对仿生两手指运动系统进行控制，使得对仿生拇指与仿生食指的位置的追踪误差被控制在给定的精度范围内。

【技术特征摘要】
1.一种仿生两手指运动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：获取搭建的仿生两手指运动系统；其中，所述仿生两手指运动系统包括表贴式永磁同步电机、仿生拇指和仿生食指；所述仿生拇指和所述仿生食指各有一个铰接，且所述表贴式永磁同步电机与所述放生拇指以及所述仿生食指连接，以驱动所述仿生拇指和所述仿生食指进行协调旋转；根据动力学原理，生成所述仿生两手指运动系统的非线性系统；其中，所述非线性系统包括表贴式永磁同步电机、仿生拇指、仿生食指的数学模型；且所述仿生拇指的数学模型以及仿生食指的数学模型能够根据抓取物体的位置进行改写；基于模糊模型的表达方法，将所述非线性系统转化为δ算子的T-S模糊系统；根据所述T-S模糊系统、预先设计的δ算子的位置误差观测器以及δ算子的观测反馈观测器，获得误差控制系统，并根据所述误差控制系统构建闭环控制系统以及使得闭环控制系统镇定；基于所述闭环控制系统以及预设的可达集控制算法对仿生两手指运动系统进行控制，使得对仿生拇指与仿生食指的位置的追踪误差被控制在给定的精度范围内。2.根据权利要求1所述的仿生两手指运动控制方法，其特征在于，设所述表贴式永磁同步电机的的旋转位置为A、仿生拇指的末端位置为T，仿生食指的末端位置为I，则所述表贴式永磁同步电机在A点处与所述仿生拇指进行连接以控制仿生拇指的旋转，并通过杆AB、杆BC、杆CD在C点处与所述仿生食指连接，以控制仿生食指的旋转；其中，线段AD位于x轴上；杆AB与x轴的夹角为杆BC与x轴的夹角为δ，杆DC与x轴的夹角为ψ，∠IDC的角度为ε，∠TAB的角度为θ，AD的距离为l4，拇指和食指的长度分别为l5、l6。3.根据权利要求2所述的仿生两手指运动控制方法，其特征在于，所述表贴式永磁同步电动机的数学模型为：其中，TL是负载转矩，ω是电磁旋转角速度，iqs是q轴的电流，Vqs是q轴的电压，ids是d轴的电流，Vds是d轴的电压，k1～k6是电动机的参数；设仿生拇指的尾端位置T(xT,yT)，仿生食指的尾端位置I(xI,yI)，则有：和其中，A点是电机的旋转位置，那么它的角度为：对xT，yT，xI，yI进行求导后得到：和定义其中表示抓取物体的位置，改写得到：和根据表贴式永磁同步电动机的数学模型、所述仿生拇指以及仿生食指改写后的数学模型得到所述仿生两手指运动系统的非线性系统：4.根据权利要求3所述的仿生两手指运动控制方法，其特征在于，所述基于模糊模型的表达方法，将所述非线性系统转化为δ算子的T-S模糊系统具体为：选择作为模型系统的前件变量；则所述非线性系统通过δ算子的T-S模糊系统表示为：其中，x(t)＝[ωiqsidsexTeyTexIexI]T,u(t)＝[VqsVds]T,为T-S模糊系统的扰动输入...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐敏，林瑞金，彭波，
申请(专利权)人：厦门理工学院，
类型：发明
国别省市：福建,35