[发明专利]一种两爪柔性机械手抓取力与抓取位姿控制系统及方法

权利要求书

1.一种两爪柔性机械手抓取力与抓取位姿控制系统，其特征在于，包括：

两爪柔性机械手，其包括对称设置于固定座上的第一爪和第二爪，所述第一爪和第二爪分别包括依次铰接的指根节、中指节和指尖节，以及指尖驱动气缸，所述指尖驱动气缸的尾端与指根节铰接，活动端与指尖节铰接；所述固定座包括指根节固定座和指根节固定板，所述指根节固定座的前端为指根节固定端，后端为指根座基准轴，两侧为限位销，中间上方孔位为定位销孔；所述指根节固定板的左右两侧对称各设置一个弧形U孔，指根节固定座的指根座基准轴位于弧形U孔的圆心通孔处，两侧限位销位于弧形U孔的圆心通孔两侧的弧形腰形孔；所述指根节包括三个连接端，第一端与指根节固定座通过指根节固定销轴铰接，第二端与指根节推杆通过气缸尾座固定销轴铰接，第三端与中指节通过中指节固定销轴铰接；所述中指节包括两个连接端，第一端与指根节通过中指节固定销轴铰接，第二端与指尖节通过指尖节连接销轴铰接，中指节和指尖节实现柔性机械手的夹取以及形成包络角；所述指尖节，包括两个连接端，第一端与中指节通过指尖节连接销轴铰接，第二端与指尖驱动气缸一端的Y型接头通过Y型接头连接销轴铰接；所述指尖驱动气缸，一端的Y型接头通过Y型接头连接销轴与指尖节铰接，另一端通过气缸尾座固定销轴与指根节推杆、指根节铰接；所述两爪柔性机械手还包括中指节扭转弹簧，环绕中指节与指根节的固定销轴设置，两端分别固定在中指节与指根节上；以及指尖节扭转弹簧，环绕中指节与指尖节的固定销轴设置，两端分别固定在中指节与指尖节上；

驱动单元，其包括气源和气压调节器件，用于提供并调节指尖驱动气缸的进气压力或者使左右指尖驱动气缸形成一定的气压差；

传感单元，其包括爪部压力传感器和气压检测传感器，用于检测爪部夹取压力和指尖驱动气缸的进气压力；

以及控制器，其连接所述气压调节器件、爪部压力传感器和气压检测传感器，用于基于控制指令及爪部压力传感器和气压检测传感器采集的数据，控制所述气压调节器件动作以调节指尖驱动气缸的进气压力，进而控制两爪柔性机械手的夹取力大小和/或调整夹取位姿。

2.如权利要求1所述的两爪柔性机械手抓取力与抓取位姿控制系统，其特征在于，所述气压调节器件包括连接气源的电控调压阀一和电控调压阀二，以及连接电控调压阀一与第一指尖驱动气缸的电磁换向阀一和连 接电控调压阀二与第二指尖驱动气缸的电磁换向阀二，所述电控调压阀一和电控调压阀二为电控精密减压阀。

3.如权利要求2所述的两爪柔性机械手抓取力与抓取位姿控制系统，其特征在于，所述爪部压力传感器包括分别设置于第一爪和第二爪的中指节及指尖节内部夹持接触面上的四个一体式设置的接触压力垫片及贴片式压力传感器，以及连接贴片式压力传感器的传感器处理模块，传感器处理模块连接所述控制器。

4.如权利要求2所述的两爪柔性机械手抓取力与抓取位姿控制系统，其特征在于，所述气压检测传感器包括设置于电控调压阀一和电磁换向阀一之间管路上的进气压力检测器一，以及设置于电控调压阀二和电磁换向阀二之间管路上的进气压力检测器二。

5.一种两爪柔性机械手抓取力与抓取位姿控制方法，适用于如权利要求1-4任一项所述的控制系统，其特征在于，包括：

抓取力控制：10)根据目标件的不同特性，确定合适的夹取力范围；11)根据确定的夹取力换算出所需的指尖驱动气缸的推力值范围；12)根据计算的推力值基于气缸推力公式反推出指尖驱动气缸的气压值范围；13)通过控制器控制气压调节器件调整指尖驱动气缸的进气气压到预设气压值范围。

6.如权利要求5所述的两爪柔性机械手抓取力与抓取位姿控制方法，其特征在于，步骤11)中，根据夹取力换算出所需的指尖驱动气缸的推力值基于如下公式：

其中，F₁、F₂表示机械手夹取目标件时的接触力，k₁、k₂为手指间扭转弹簧的弹性模量。