[发明专利]基于仿人机械手装置的物体软硬识别和自适应抓取方法

说明书

本发明公开了一种基于仿人机械手装置的物体软硬识别和自适应抓取方法。实现物体软硬识别和自适应抓取的方法包括设置微型电动推杆的输出力；判断被抓物体的软硬；对被抓物体稳定抓取，装置包括支架、仿人机械手、传感模块、控制系统和驱动模块；仿人机械手固定于支架上，传感模块置于仿人机械手的手指上，驱动模块布置连接于仿人机械手的手掌背面，控制系统的输入端与传感模块电连接，控制系统的输出端与驱动模块电连接。本发明的仿人机械手装置能够识别物体的软硬，并对不同软硬属性物体的自适应稳定抓取，且本发明的装置通过3D打印构建，并配备有各种感知传感模块，有望成为一种便携式的人工义肢或应用于服务机器人领域。

技术领域

本发明涉及仿人机器人技术领域，尤其涉及基于仿人机械手装置的物体软硬识别和自适应抓取方法，能够主动感知物体软硬，并在不破坏物体本身的前提下实现对物体自适应抓取的机械手系统。

背景技术

随着机器人技术的快速发展，使用机械抓手对物体进行抓取和操纵是生活、生产和科研中的一项基本任务，而软硬度作为物体重要属性之一，会在很大程度上影响机械手对物体的抓取控制。目前，大多数的仿生机械手研究都在于机械手的结构和驱动方式上，它们能够像人手一样完成一些简单的伸张、抓取等动作，但其最大的缺陷在于不能像人手一样获取触觉、力觉、压觉等相关的多模态触觉信息。而且在机械手与物体的接触过程中，触觉反馈信息是一个动态的变化量，单纯依靠力反馈信号并不能很好的识别物体的软硬属性。

从仿生机械手自身功能实现需求来讲，现实生活中的大部分物体都是刚性或可变形的，对物体的软硬属性的提前感知获取是实现机械手稳定抓取物体的前提条件和重要保障。当机械手抓取硬质物体时，机械手可以控制抓取力的大小，既保证对物体的稳定抓取，又能防止抓取过程中用力过大对机械手自身结构的破坏；当抓取软质物体时，确保机械手能以适当的抓力抓取物体，并保证不会因抓取力过大而使被抓物变形或破坏。机械手根据物体的软硬特征来施加合适的抓取力，即可以保证被抓物体不受挤压损伤，又能使机械手自身不用承受过大的反作用力，从而实现稳定、灵活的抓取动作。

发明内容

本发明针对上述仿生机械手仅依靠力反馈信号并不能准确反应物体软硬属性等弊端，提出了一种基于仿人机械手装置的物体软硬识别和自适应抓取方法。

本发明的技术方案是：

一、一种仿人机械手装置

装置包括支架、仿人机械手、传感模块、控制系统和驱动模块；仿人机械手固定于支架上，传感模块置于仿人机械手的手指上，驱动模块布置连接于仿人机械手的手掌背面，控制系统的输入端与传感模块电连接，控制系统的输出端与驱动模块电连接。

所述的仿人机械手包括手掌以及与手掌连接的五个手指，五个手指包括食指、中指、无名指、大拇指和小拇指；传感模块包括液态金属柔性应变传感器和PVDF压电传感器；控制系统包括STM32控制板和上位机；驱动模块包括第一微型电动推杆、第二微型电动推杆和第三微型电动推杆的三个微型电动推杆以及扭簧和驱动柔绳；

仿人机械手的食指、无名指和大拇指的指尖均粘贴有由聚二甲基硅氧烷(PDMS)包裹的PVDF压电传感器，仿人机械手的食指的远指节转动关节和中指节转动关节上均贴敷有液态金属柔性应变传感器，食指、中指、无名指和小拇指各自的远指节转动关节处均布置有一个扭簧，食指、中指、无名指和小拇指各自的中指节关节处均布置有一个扭簧，大拇指的远指节转动关节处布置有一个扭簧，仿人机械手的五个手指均无近指节转动关节，仿人机械手的五个手指的近指节均竖直固定于手掌，且不发生弯曲；三个微型电动推杆均竖直固定于手掌背面，具体实施中，三个微型电动推杆的底部均竖直固定于手掌背面的底部，三个微型电动推杆的顶部均固定于手掌背面的中部，三个微型电动推杆通过拉伸驱动柔绳实现手指的弯曲，食指、无名指、中指、大拇指和小拇指的每个手指的远指节上均固定一个驱动柔绳的一端，驱动柔绳的另一端依次穿过各自手指的远指节、远指节转动关节、中指节、中指节转动关节及近指节后绑在手掌背面的微型电动推杆上；