[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

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及机器人、自动化应用技术领域，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。

背景技术

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转动(靠连杆机构驱动)、指尖节转动均为主动关节(靠软轴驱动)，而中指节为被动关节，是带预紧扭弹簧中指节铰链，根据机械手抓取位姿与接触力状态而变化；同时，该申请没有说明欠驱动“柔性机械手”既可捏取、有可包络抓取的二种抓取方式技术特征，更没有提及二种抓取方式下，被抓物体与机械手抓取位姿、接触力状态的检测与判断方法。

发明内容

本申请人针对上述现有技术中的缺点，提出了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，而不仅仅是在中指节被动关节上装有角位移传感器的常规做法，能够实现柔性机械手的可靠抓取。测距获取角位移的方法，手指部分没有电传感元件，可靠性高，对工况要求低。

本发明所采用的技术方案如下：

测距获取角位移而判别柔性机械手抓持状态的方法，基于的基本结构为柔性机械手，所述柔性机械手包括顶板，顶板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、中指节和指尖节，所述指根节一端通过指根节铰链一O与顶板连接，另一端通过带预紧扭弹簧中指节铰链A与中指节的一端连接，中指节的另一端通过指尖节铰链B与指尖节连接；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，其二端分别固定在指根节与中指节上并预紧，中指节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：