本申请公开了一种机械手控制方法、装置及机械手，控制方法包括：通过自适应控制器接收机械手的末端执行器的当前抓取力以及末端执行器的当前位置，根据当前抓取力和当前位置，对末端执行器进行期望位置估计，以获取期望位置，并将期望位置传输至阻抗控制器。阻抗控制器将当前抓取力、当前位置和期望位置进行转换，获取当前抓取力与期望力的差值后，根据由末端执行器与物体发生碰撞时的动力学模型简化成的一阶阻抗导纳模型，将差值转换成位移偏差，并根据位移偏差对期望位置进行修正，获取修正位置传输至滑模控制器。滑模控制器根据当前位置，以及当前位置与修正位置的位移差，调整控制末端执行器的电机的输出电压，以调整末端执行器的当前抓取力。端执行器的当前抓取力。端执行器的当前抓取力。
【技术实现步骤摘要】
机械手控制方法、装置及机械手
[0001]本申请涉及机器人控制
，特别涉及机械手控制方法、装置及机械手。
技术介绍
[0002]海洋隐藏了大量的资源和能源，随着陆地资源日益紧缺，人类的可持续发展将越来越依靠海洋。现有进行海洋资源勘探和开发，通常是利用水下机器人来进行，而水下机器人中用于进行抓取作业的机械手，是水下机器人开发与应用的关键技术之一。而由于抓取作业的复杂性和特殊性，传统的机械手在抓取时成功率低，且抓取到的物件损伤率高。
[0003]为解决上述问题，现有技术中，采用扭力传感器和力传感器配合双闭环控制的方式，对机械手进行控制，从而实现柔顺抓取。其中位置内环使用增量式PID控制，力外环使用变刚度系数的阻抗控制，能够兼顾抓取力与末端执行器的位移交换。但在采用现有技术进行机械手的水下抓取作业控制时，发现由于受水下环境影响，机械手与待抓取物件的接触点不确定，因此传感器有可能检测不到机械手是否抓取物体，或者检测信息不全，导致机械手缺少足够的传感器反馈，造成抓握力超过期望的抓握力而不能及时调整，进而使得抓取到的物件损伤以及容易造成机械手损坏。
技术实现思路
[0004]本申请的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供机械手控制方法、装置及机械手，降低水下抓取作业时机械手的损坏率，提高水下物件的抓取效率。
[0005]本申请实施例提供机械手控制方法，包括：
[0006]通过自适应控制器接收机械手的末端执行器的当前抓取力以及末端执行器的当前位置，根据当前抓取力和当前位置，对末端执行器进行期望位置估计，以获取期望位置，并将期望位置传输至阻抗控制器。
[0007]阻抗控制器接收当前抓取力、当前位置和期望位置，将当前抓取力、当前位置和期望位置基于公式进行转换，获取当前抓取力与期望力的差值后，根据由末端执行器与物体发生碰撞时的动力学模型简化成的一阶阻抗导纳模型，将差值转换成位移偏差，并根据位移偏差对期望位置进行修正，获取修正位置传输至滑模控制器，其中，m
d
、b
d
和k
d
分别为阻抗控制器的惯性系数、阻尼系数和刚度系数，和x
r
分别为预设加速度、预设速度和期望位置，和x分别为末端执行器的加速度、末端执行器的速度和当前位置，F，F
r
分别为当前抓取力和期望力。
[0008]滑模控制器根据当前位置，以及当前位置与修正位置的位移差，调整控制末端执行器的电机的输出电压，以调整末端执行器的当前抓取力。
[0009]进一步的，在阻抗控制器接收当前抓取力、当前位置和期望位置之前，还包括：
[0010]将当前抓取力发送至模糊控制器，模糊控制器根据当前抓取力与预设抓取力的差值，调整阻尼系数。
[0011]进一步的，根据当前抓取力和当前位置，对末端执行器进行期望位置估计，以获取期望位置，包括：
[0012]将当前抓取力和当前位置基于方程组
[0013][0014][0015][0016]进行期望位置估计，获取期望位置其中，为t时刻物体的刚度系数，为t时刻物体的位置，为物体的刚度系数的初始预设值，为物体的初始预设位置，ξ1和ξ2为大于零的常数，为预设抓取力，F为当前抓取力。
[0017]进一步的，所述末端执行器的模型为：
[0018]其中，u
c
为控制电压，R为电枢电阻，K
b
为电机反电势常数，K
t
为电机的转矩常数，J为电机转动惯量，B为电机粘滞摩擦阻尼系数，P为丝杆导程，K
s
为功率放大系数。
[0019]进一步的，滑模控制器的滑模函数为其中c>0，e＝x
r
‑
x。
[0020]进一步的，根据位移偏差对期望位置进行修正，包括：
[0021]根据位移偏差，对期望位置采用指数趋近率进行修正，其中，ε>0,k>0。
[0022]进一步的，滑模控制器的滑模控制率为：
[0023]进一步的，本申请实施例中还提供一种机械手控制装置，包括：
[0024]自适应控制器，用于接收机械手的末端执行器的当前抓取力以及末端执行器的当前位置，根据当前抓取力和当前位置，对末端执行器进行期望位置估计，以获取期望位置，并将期望位置传输至阻抗控制器。
[0025]阻抗控制器，用于接收当前抓取力、当前位置和期望位置，将当前抓取力、当前位置和期望位置基于公式进行转换，获取当前抓取力与期望力的差值后，根据由末端执行器与物体发生碰撞时的动力学模型简化成的一阶阻抗导纳模型，将差值转换成位移偏差，并根据位移偏差对期望位置进行修正，获取修正位置传输至滑模控制器，其中，m
d
、b
d
和k
d
分别为阻抗控制器的惯性系数、阻尼系数和刚度系数，和x
r
分别为预设加速度、预设速度和期望位置，和x分别为末端执行器的加速度、末端执行器的速度和当前位置，F，F
r
分别为当前抓取力和期望力。
[0026]滑模控制器，用于根据当前位置，以及当前位置与修正位置的位移差，调整控制末
端执行器的电机的输出电压，以调整末端执行器的当前抓取力。
[0027]进一步的，本申请实施例中，还包括：
[0028]模糊控制器，用于根据当前抓取力与预设抓取力的差值，调整阻尼系数。
[0029]进一步的，本申请实施例提供一种机械手，包括：末端执行器、电机以及如上述实施例所述的机械手控制装置；
[0030]所述末端执行器的输入端与所述电机的输出端连接，所述电机的输入端与所述机械手控制装置连接，所述末端执行器的输出端与所述机械手控制装置连接。
[0031]相比于现有技术，上述实施例中通过末端执行器当前抓取力和当前位置获取期望位置，阻抗控制器基于特定公式获取当前抓取力与期望力的差值，通过简化后的一阶阻抗导纳模型将差值转换为位移偏差，再根据位移偏差获取修正位置，滑模控制器根据修正位置的位移差调整末端执行器的电机的输出电压，调整末端执行器的当前抓取力，实现力传感器和力矩传感器功能的取代，给机械手的力过载增加保护，有效增强鲁棒性，提高抓取过程的稳定性，具有很好的适应性。
[0032]上述实施例通过应用模糊控制器中的模糊规则实时调整阻尼系数，使得在减小冲击力的同时保证了过渡过程的稳定性。
[0033]上述实施例通过对期望位置采用指数趋近率进行修正，提高修正效果。
[0034]上述实施例通过设置滑模控制器的滑模控制率，提高滑模控制的稳定性。
附图说明
[0035]下面结合附图和实施例对本申请进一步地说明。
[0036]图1为一个实施例中机械手控制方法的流程示意图。
[0037]图2为一个实施例中机械手控制装置的结构示意图。
[0038]图3为另一个实施例中机械手控制装置的结构本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种机械手的控制方法，其特征在于，包括：通过自适应控制器接收机械手的末端执行器的当前抓取力以及所述末端执行器的当前位置，根据所述当前抓取力和所述当前位置，对所述末端执行器进行期望位置估计，以获取期望位置，并将所述期望位置传输至阻抗控制器；所述阻抗控制器接收所述当前抓取力、所述当前位置和所述期望位置，将所述当前抓取力、所述当前位置和所述期望位置基于公式进行转换，获取所述当前抓取力与期望力的差值后，根据由所述末端执行器与物体发生碰撞时的动力学模型简化成的一阶阻抗导纳模型，将所述差值转换成位移偏差，并根据所述位移偏差对所述期望位置进行修正，获取修正位置传输至滑模控制器，其中，所述m
d
、b
d
和k
d
分别为阻抗控制器的惯性系数、阻尼系数和刚度系数，和x
r
分别为预设加速度、预设速度和所述期望位置，和x分别为所述末端执行器的加速度、所述末端执行器的速度和所述当前位置，F，F
r
分别为所述当前抓取力和所述期望力；所述滑模控制器根据所述当前位置，以及所述当前位置与所述修正位置的位移差，调整控制所述末端执行器的电机的输出电压，以调整所述末端执行器的当前抓取力。2.根据权利要求1所述的机械手控制方法，其特征在于，在所述阻抗控制器接收所述当前抓取力、所述当前位置和所述期望位置之前，还包括：将所述当前抓取力发送至模糊控制器，所述模糊控制器根据所述当前抓取力与所述预设抓取力的差值，调整所述阻尼系数。3.根据权利要求1所述的机械手控制方法，其特征在于，所述根据所述当前抓取力和所述当前位置，对所述末端执行器进行期望位置估计，以获取期望位置，包括：将所述当前抓取力和所述当前位置基于方程组将所述当前抓取力和所述当前位置基于方程组将所述当前抓取力和所述当前位置基于方程组进行期望位置估计，获取所述期望位置其中，为t时刻所述物体的刚度系数，为t时刻所述物体的位置，为所述物体的刚度系数的初始预设值，为所述物体的初始预设位置，ξ1和ξ2为大于零的常数，为预设抓取力，F为所述当前抓取力。4.根据权利要求1所述的机械手控制方法，其特征在于，所述末端执行器的模型为：其中，u
c
为控制电压，R为电枢电阻，K
b
为电机反电势常数，K
t
为电机的转矩常数，J为电机转动惯...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡刚毅，
申请(专利权)人：上海景奕智能控制技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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