测距获取角位移而判别柔性机械手抓持状态的方法与结构技术

本发明专利技术涉及测距获取角位移而判别柔性机械手抓持状态的方法与结构，属于机器人、自动化技术领域，可用于农产品采摘、食品分拣与输送、工业品上下料抓取、商品物流包装等行业。柔性机械手抓持状态取决于机械手高度h、主动关节的指根节角位移α、主动关节的指尖节角位移θ、中指节角位移β这四个控制参数，主动关节的指根节角位移α、主动关节的指尖节角位移θ均通过电机编码器间接获得，机械手高度h从机械臂参数获得，并借助于深度相机或非接触测距传感器测得中指节角位移β后，通过柔性机械手的几何方程、静力学方程与变形协调方程可判别柔性机械手抓持状态，从而控制抓取过程与最终抓取位姿，满足软硬韧脆物体的可靠抓取功能。

【技术实现步骤摘要】
测距获取角位移而判别柔性机械手抓持状态的方法与结构
本专利技术涉及机器人、自动化应用
，尤其是一种测距获取角位移而判别柔性机械手抓持状态的方法与结构，可用于农产品采摘、食品分拣与输送、工业品上下料抓取、商品物流包装等行业。
技术介绍
欠驱动机械手是指驱动元件个数小于自由度数目的多指节机械手，因其对被抓取形状能够被动自适应，且驱动元件少，故此抓取范围广泛、控制简单、出力大、负载能力好。目前欠驱动机械手多采用连杆传动或腱传动方式，连杆方式负载能力强，但由于连杆自身的干涉，其有效工作空间受到限制；腱传动多采用绳驱动方式，自由度高，灵活性强，但有效负载较小。此外，采用前述传动方案的欠驱动机械手的欠驱动环节与两主动环节有相关关系，即欠驱动环节的角度一直会受到两主动环节角度的影响，不能只考虑目标物体外形影响，因此其状态判断、姿态解析较为复杂，因此无法根据实际状态进行调整。此外，“一种软轴传动的刚柔耦合手指四指欠驱动机械手”的专利申请(申请号：202010021685.3)，提出了一种欠驱动“柔性机械手”的方案，该申请的所有四指的指根节本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.测距获取角位移而判别柔性机械手抓持状态的方法，其特征在于：所述柔性机械手包括顶板(10)，顶板(10)下表面连接有至少两组柔性手指，所述至少两组柔性手指沿圆周方向均匀分布；/n每组柔性手指的结构包括指根节(41)、中指节(42)和指尖节(43)，所述指根节(41)一端通过指根节铰链一O与顶板(10)连接，另一端通过带预紧扭弹簧中指节铰链A与中指节(42)的一端连接，中指节(42)的另一端通过指尖节铰链B与指尖节(43)连接；指根节铰链一O、指尖节铰链B是有驱动的主动关节、带预紧扭弹簧中指节铰链A是无驱动的被动关节，带预紧扭弹簧中指节铰链A上设置有扭弹簧(3)，其二端分别固定在指根节(41)...

【技术特征摘要】
1.测距获取角位移而判别柔性机械手抓持状态的方法，其特征在于：所述柔性机械手包括顶板(10)，顶板(10)下表面连接有至少两组柔性手指，所述至少两组柔性手指沿圆周方向均匀分布；
每组柔性手指的结构包括指根节(41)、中指节(42)和指尖节(43)，所述指根节(41)一端通过指根节铰链一O与顶板(10)连接，另一端通过带预紧扭弹簧中指节铰链A与中指节(42)的一端连接，中指节(42)的另一端通过指尖节铰链B与指尖节(43)连接；指根节铰链一O、指尖节铰链B是有驱动的主动关节、带预紧扭弹簧中指节铰链A是无驱动的被动关节，带预紧扭弹簧中指节铰链A上设置有扭弹簧(3)，其二端分别固定在指根节(41)与中指节(42)上并预紧，中指节(42)在预紧位置只能逆时针向掌心外转动；
柔性机械手的抓持状态的判别取决于机械手高度h、主动关节的指根节角位移α、主动关节的指尖节角位移θ、中指节角位移β这四个控制参数，主动关节的指根节角位移α、主动关节的指尖节角位移θ均通过电机编码器间接获得，机械手高度h从机械臂参数获得，测得中指节角位移β后，通过柔性机械手的几何方程、静力学方程与变形协调方程从而判别柔性机械手抓持状态；
中指节角位移β的测量采用直接测量或间接测量得出；
对于定位的确定被抓物体，柔性机械手的抓持状态是指：捏取与包络抓取的二种抓取方式、以及抓取位姿与接触力状态；
捏取与包络抓取的二种抓取方式的选择方法是：
在指尖节(43)接触面贴橡胶，包络抓取优先；平面接触捏取其次，线接触与点接触捏取尚可，掐取最后；因此，具体是：
球体、横卧的圆柱体与椭球体，机械手垂直包络抓取；
斜置的圆柱体与椭球体，机械手斜向包络抓取；
竖直的圆柱体，机械手水平包络抓取；
捏取是以机械手垂直抓取为主、水平抓取为辅；
机械手的指尖节(43)平面接触长方体是平面接触捏取，而指尖节(43)的末端接触长方体是掐取；
指尖节(43)捏取横卧或竖直的圆柱体是线接触捏取，指尖节(43)捏取球体、椭球体是点接触捏取，指尖节(43)的末端接触竖直的圆柱体是掐取；
柔性机械手的抓取位姿有七种：初始状态、无接触的接近过程、接触瞬时状态、物体静止的接触加载过程、物体运动的抓持过程、物体悬停的抓持状态、释放过程。


2.根据权利要求1所述的测距获取角位移而判别柔性机械手抓持状态的方法，其特征在于：
所述柔性机械手的抓取位姿有七种，具体是：
①初始状态：指根节(41)与中指节(42)处在预紧扭弹簧(3)的限制位置、中指节角位移β不变，检测机械臂的机械手高度h、指根节(41)的指根节角位移α、指尖节(43)的指尖节角位移θ，达到初始位置；
②无接触的接近过程：机械臂的机械手高度h不变、中指节角位移β不变，指根节(41)与指尖节(43)协同顺时针转动，指尖节(43)、中指节(42)渐渐靠近被抓物体，开始测量中指节角位移β；
③接触瞬时状态：中指节角位移β突变，通过柔性机械手的几何方程、静力学方程与变形协调方程，可判别是指尖节(43)还是中指节(42)瞬间接触被抓物体；
④物体静止的接触加载过程：根据捏取还是包络抓取的策略，指根节(41)与指尖节(43)协同转动调节，中指节(42)克服扭弹簧(3)扭矩、逆时针转动，中指节角位移β不断变小，接触力的状态不断变化，并通过柔性机械手的几何方程、静力学方程与变形协调方程得到接触力状态，直到静态最大接触力；其中接触力为机械手与物体间的接触力，接触力的状态参数包括接触力的作用点、大小、方向。
⑤物体运动的抓持过程：被抓物体向上运动、瞬时脱离支撑面，中指节角位移β突变，指根节(41)与指尖节(43)协同、均顺时针转动，扭弹簧(3)扭矩增大从而增加接触力；运动过程加速，同样指根节(41)与指尖节(43)协同、均顺时针转动，中指节角位移β不断变小，中指节(42)克服扭弹簧3扭矩、逆时针转动，扭弹簧(3)扭矩增大从而增加接触力；
⑥物体悬停的抓持状态：指根节(41)与指尖节(43)均不转动，中指节角位移β不变化，靠扭弹簧(3)扭矩抓持物体；
⑦释放过程；指根节(41)与指尖节(43)均逆时针转动，中指节角位移β变大；然后指根节(41)与中指节(42)处在预紧扭弹簧限制位置，中指节角位移β不再变化。


3.实施如权利要求1或2所述方法的测距获取角位移而判别柔性机械手抓持状态的结构，其特征在于：所述柔性机械手包括顶板(10)，顶板(10)下表面连接有至少两组柔性手指，所述至少两组柔性手指沿圆周方向均匀分布；
每组柔性手指的结构包括指根节(41)、中指节(42)和指尖节(43)，所述指根节(41)一端通过指根节铰链一O与顶板(10)连接，另一端通过带预紧扭弹簧中指节铰链A与中指节(42)的一端连接，中指节(42)的另一端通过指尖节铰链B与指尖节(43)连接；指根节铰链一O、指尖节铰链B是有驱动(如采用软轴驱动)的主动关节、带预紧扭弹簧中指节铰链A是无驱动的被动关节，带预紧扭弹簧中指节铰链A上设置有扭弹簧(3)，其二端分别固定在指根节(41)与中指节(42)上并预紧，中指节(42)在预紧位置只能逆时针向掌心外转动；
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【专利技术属性】
技术研发人员：章军，王强，姚宇航，王琨，周浪，吕兵，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32