[发明专利]一种气缸驱动型灵巧手的反射防滑控制系统及方法

说明书

本发明涉及灵巧手控制领域，提出了一种气缸驱动型灵巧手的反射防滑控制系统及方法。气缸驱动型灵巧手，由具有封装盒的手掌1和4根相同结构的灵巧手指2组成，气缸34的伸缩带动灵巧手指2的弯曲/伸展。本发明提出的气缸驱动型灵巧手反射防滑控制策略，包括主模式控制闭环和反射控制闭环；在主模式控制作用下，灵巧手实测抓握力F跟踪期望抓握力F*；当检测到滑动信号，启动反射控制，施加反射抓握力Fz，从而修正期望抓握力F*。通过在灵巧手气动控制回路中实现本发明提出的反射防滑控制策略，实现了气缸驱动型灵巧手的主模式稳定抓握，当发生滑动时，气缸驱动型灵巧手能够迅速动作，防止物体滑落。

技术领域

本发明涉及灵巧手控制领域，尤其涉及一种气缸驱动型灵巧手的反射防滑控制系统及方法的设计。

背景技术

灵巧手在构造和性能上兼有人和机器的优点，体现了人的智能性和适应性，能够在各种环境中完成不同的作业。现有的灵巧手主要有电机驱动型、气压驱动型和智能材料驱动型，电机驱动型灵巧手控制系统复杂、精确力矩控制较难，气压驱动型灵巧手刚度不足、响应速度慢，智能材料驱动型灵巧手可承受载荷小、对材料有特殊要求。

气缸驱动具有操作简单、响应速度快等优点，容易与工控机、PLC、单片机等控制系统连接，有助于实现高精密运动控制，因此，采用气缸驱动方式设计灵巧手具有显著优势。

人手的抓握动作是由大脑调节的主模式控制和脊髓调节的反射控制共同作用实现的，人手在抓取过程中，有大脑意识控制的抓握称之为主模式运动控制，如果在抓握过程中突然受到环境或者其他的扰动，人能够在很短的时间内通过反射运动调整手指姿态和骨骼肌的力输出直到减少甚至消除扰动的影响。

目前，已有公开报道将人手抓取的复合控制原理应用于电机驱动型灵巧手、气压驱动型灵巧手和智能材料驱动型灵巧手，但是将人手抓取的复合控制原理应用于气缸驱动型灵巧手，用来解决气缸驱动型灵巧手的反射防滑问题，还没有相关的公开报道。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足之处，提出一种气缸驱动型灵巧手的反射防滑控制系统及方法，通过在气动控制回路中实现主模式控制和反射控制，实现了气缸驱动型灵巧手的稳定抓握，当发生滑动时，气缸驱动型灵巧手能够迅速动作，防止物体滑落。

本发明所采取的技术方案如下：

一种气缸驱动型灵巧手，由具有封装盒的手掌和4根相同结构的灵巧手指组成；所述的灵巧手指包括一体化气缸驱动手指基座、近指节、中指节以及远指节，在近指节、中指节以及远指节的内触面分别贴覆了FSR压力传感器。

气缸驱动型灵巧手的反射防滑控制系统，包括气源、电气比例阀、电磁阀、气缸、灵巧手、目标物体、控制器、继电器、FSR压力传感器；所述的气源经过滤和调压后与电气比例阀的进气口连接；电气比例阀的出气口与电磁阀的进气孔连接，电磁阀的两个出气孔分别与气缸的进气孔和出气孔连接；控制器根据抓取任务，向电气比例阀和继电器发送高低电平信号；继电器与电磁阀的线圈连接。

基于人手的抓握控制原理，设计气缸驱动型灵巧手的反射防滑控制策略，包括主模式控制闭环和反射控制闭环。

主模式控制闭环采用PID控制，其输入信号为期望抓握力F*和灵巧手实测抓握力F的差值，其输出为灵巧手气动控制系统的控制信号。在主模式控制作用下，灵巧手实测抓握力F跟踪期望抓握力F*。

反射控制闭环的启动与否取决于是否检测到滑动信号。采用小波变换提取灵巧手实测抓握力F中的高频分量，当其值超过设定阈值时，令q＝1，表示检测到滑动信号，启动反射控制，施加反射抓握力Fz，从而修正期望抓握力F*；反之，令q＝0，表示未检测到滑动信号，则不启动反射控制，仅进行主模式控制。

灵巧手反射防滑控制策略在灵巧手气动控制回路中的具体实现步骤为：

步骤1：设定期望抓握力、滑动检测阈值等参数。