[发明专利]一种腱驱动机械手腱张力约束阻抗控制方法及装置

权利要求书

1.一种腱驱动机械手腱张力约束阻抗控制方法，其特征在于，包括步骤如下：

步骤1：由路径规划模块进行机械手单指自由空间中的关节角位置路径规划；输入由操作对象特性规划得到的灵巧手单指运动的期望接触力；经正运动解算模块转化为期望的指尖笛卡尔位置；并且设定腱张力约束范围和接触力阈值；

步骤2：根据接触力传感器测量得到的接触力值与接触力阈值比较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表示机械手位于自由空间，设置输出接触力误差F_e为0；否则由腱张力比较器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误差F_e；阻抗控制模块将接触力误差F_e修正为笛卡尔位置X_f，对期望的位置X_d进行补偿得到期望的笛卡尔位置X_r＝X_d+X_f；期望笛卡尔位置经过逆运动学解算模块转换为期望关节角位置θ_r，与手指的实际关节角位置θ_a进行比较得到关节角位置偏差θ_e＝θ_r-θ_a；然后通过关节刚度比例模块将关节角位置偏差转化为关节力矩，该关节力矩由张力分配模块转换为期望腱张力；然后由腱张力比较器比较期望腱张力和实际由腱张力传感器输出的腱张力的偏差，根据该腱张力的偏差由张力控制模块基于PD控制律把张力的偏差转化为位置偏差，把该位置偏差输送给腱驱动器进行控制。

2.根据权利要求1所述的腱驱动机械手腱张力约束阻抗控制方法，其特征在于，上述步骤1中的机械手单指自由空间中的关节角位置路径规划采用多关节机械臂的关节角位置路径规划方法进行，得到期望的关节角轨迹，由路径规划模块实现；关节角位置到操作空间指尖的位置由机器人正运动学方法计算即可，具体由正运动解算模块实现。

3.根据权利要求1所述的腱驱动机械手腱张力约束阻抗控制方法，其特征在于，上述步骤1中的接触力阈值由接触力传感器的噪声特性确定，高于该接触力阈值则表示接触物体。

4.根据权利要求1所述的腱驱动机械手腱张力约束阻抗控制方法，其特征在于，上述步骤2中的指尖接触力通过根据外界阻抗特性选定参数的阻抗控制方法将其转化为位置的修正值来保证，具体由阻抗控制模块实现。

5.根据权利要求1所述的腱驱动机械手腱张力约束阻抗控制方法，其特征在于，上述步骤2中的逆运动学解算模块将补偿后的期望笛卡尔位置转换为期望的关节角位置。

6.根据权利要求1所述的腱驱动机械手腱张力约束阻抗控制方法，其特征在于，上述步骤2中的逆运动学解算模块通过非线性函数数值解法将补偿后的期望笛卡尔位置转换为期望的关节角位置。

7.根据权利要求1所述的腱驱动机械手腱张力约束阻抗控制方法，其特征在于，上述步骤2中的关节角位置偏差通过关节刚度比例模块和考虑张力约束的张力分配转化为腱张力期望值。

8.根据权利要求1所述的腱驱动机械手腱张力约束阻抗控制方法，其特征在于，上述步骤2中的张力分配模块将关节力矩转换为腱空间的力，具体考虑了腱张力约束范围，保证腱张力处于一个根据实际需求设定的最小和最大正值之间；最小值保证腱绳处于张紧状态，最大值由具体采用腱绳的材质的张力限制决定，保护腱绳不被拉断和减小磨损。