[發明專利]一種夾爪指節的驅動控制方法及多自由度抓取裝置

在審

• 申請號: 202110237042.7
• 申請日: 2021-03-03
• 公開（公告）號: CN113146662A
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發明（設計）人: 王崢;朱文珮;盧承華;鄭曲樂;車海川;方忠桂;劉思聰
• 申請（專利權）人: 南方科技大學;王崢
• 主分類號: B25J15/00
• 分類號: B25J15/00;B25J15/08;B25J9/16
• 代理公司: 深圳鼎合誠知識產權代理有限公司 44281
• 代理人: 彭家恩;彭愿潔

本申請涉及一種夾爪指節的驅動控制方法及多自由度抓取裝置，其中的驅動控制方法包括：獲取夾爪指節的控制指令，根據控制指令選擇夾爪指節的工作模式；在主動位置控制模式下，計算夾爪指節轉動到目標位姿時軟體驅動器內部所需的驅動壓力，控制充入或吸出存于軟體驅動器內的流體，以將柔體驅動器內部的流體壓力調節至驅動壓力；在被動柔順控制模式下，控制截斷通向軟體驅動器的流體，以使軟體驅動器自適應調節內部的流體壓力。技術方案能夠依據夾爪指節的工作模式自動調節軟體驅動器內的流體壓力，既滿足夾爪指節在抓取物體時的位姿調整需求，也滿足夾爪指節在承受剛性沖擊時的柔順調整需求，提高機械夾爪在不同場景的抓取性能。

技術領域

本發明涉及機器人技術領域，具體涉及一種夾爪指節的驅動控制方法及多自由度抓取裝置。

背景技術

隨著機器人技術的發展，機器人越來越廣泛地被用于各種行業和場景中，機器人手爪是機器人的重要組成部件，對機器人的應用起著關鍵性的作用。機器人手爪又可稱為機器人夾持器或機器人夾爪，該部件通常由驅動器、傳動部件和輸出部件組成。機器人手爪通過驅動器來驅動傳動部件將運動轉換為輸出部件產生的夾持動作，進而實現物體抓取等功能。

機器人手爪通常裝在機械臂的末端進行工作，由于機械臂的工作空間有限，同時工作空間中存在奇異點等影響因素，使得機械臂無法運動到最優的位置和姿態進行夾持作業，這種情況下就需要機器人手爪能夠在空間中靈活移動，從而補償機械臂在空間中的位置偏差，提高抓取成功率。同時，在抓取過程中存在沖擊等干擾因素，如果手爪的剛度過高，那么在受到沖擊的過程中，手爪雖然可保持自己位置不動，但被抓取物體受到沖擊會產生位移，因此物體會相對手爪滑動，進而從手爪中滑出或脫落。如果手爪具有柔順性，那么在受到沖擊的過程中，手爪會和被抓取物體一起產生順應性運動，因此能夠在沖擊和擾動下保持牢牢地抓取物體。

在實際的機器人應用中，手爪可能被用于協作任務，比如給工人遞送工具、折疊衣物、輔助裝配等，如果手爪自身的剛度過高，在與人交互過程中易對人造成剛性沖擊，這種沖擊會對人體造成很大的傷害，但如果手爪具有很高的柔順性，便不會產生剛性沖擊，也就不會危害協作工作者的生命健康。

發明內容

本發明主要解決的技術問題是：如何提高機器人夾爪的抓取性能。為解決上述技術問題，本申請提供一種夾爪指節的驅動控制方法及多自由度抓取裝置。

根據第一方面，一種實施例中提供一種夾爪指節的驅動控制方法，所述夾爪指節的末端設有軟體驅動器，所述軟體驅動器具有多層折疊結構且用于在內部流體的作用下通過伸縮方式驅動所述夾爪指節轉動，所述驅動控制方法包括：獲取所述夾爪指節的控制指令，根據所述控制指令選擇所述夾爪指節的工作模式；所述工作模式為主動位置控制模式或被動柔順控制模式；在所述主動位置控制模式下，計算所述夾爪指節轉動到目標位姿時所述軟體驅動器內部所需的驅動壓力，控制充入或吸出存于所述軟體驅動器內的流體，以將所述柔體驅動器內部的流體壓力調節至所述驅動壓力；在所述被動柔順控制模式下，控制截斷通向所述軟體驅動器的流體，以使所述軟體驅動器自適應調節內部的流體壓力。

所述獲取所述夾爪指節的控制指令，包括：感知所述夾爪指節的當前位姿并在當前位姿的基礎上進行判斷，若要所述夾爪指節產生抓取動作則生成進入所述主動位置控制模式的控制指令，若要所述夾爪指節承受剛性沖擊則生成進入所述被動柔順控制模式的控制指令。

在所述主動位置控制模式下，計算所述夾爪指節轉動到目標位姿時所述軟體驅動器內部所需的驅動壓力包括：獲取所述夾爪指節的目標位姿，根據預設的感知模型對所述目標位姿進行分析，得到所述軟體驅動器內部所需的驅動壓力；所述感知模型表示為p＝f^-1(x)，其中p為所述驅動壓力，x為所述目標位姿，f為所述軟體驅動器內部的流體壓力與所述夾爪指節所產生的位姿之間的函數關系。