[发明专利]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

权利要求书

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。