一种腱驱动机械手腱张力约束阻抗控制方法及装置

摘要

本发明公开了一种腱驱动机械手腱张力约束阻抗控制方法及装置，根据手指指尖当前位置和物体的期望接触点进行机械手自由空间中的关节角位置路径规划；获得期望笛卡尔位置；在与物体接触后由阻抗控制将期望和实际指尖接触力之差修正为笛卡尔位置补偿量；期望笛卡尔位置和笛卡尔位置补偿量求和获得新的笛卡尔位置，转化为关节力矩；关节力矩由张力分配模块转换为期望腱张力，由张力控制模块基于合适的控制律把期望腱张力和实际腱张力的偏差转化为位置偏差，把该位置偏差输送给腱驱动器进行控制。本发明通过约束腱张力，降低腱的磨损，提高系统的寿命，可应用于以腱为传动方式的多关节机械臂、灵巧手假肢和末端执行器等多关节多连杆机构中。

主权项

一种腱驱动机械手腱张力约束阻抗控制方法，其特征在于，包括步骤如下：步骤1：由路径规划模块进行机械手单指自由空间中的关节角位置路径规划；输入由操作对象特性规划得到的灵巧手单指运动的期望接触力；经正运动解算模块转化为期望的指尖笛卡尔位置；并且设定腱张力约束范围和接触力阈值；步骤2：根据接触力传感器测量得到的接触力值与接触力阈值比较确定灵巧手和物体之间的接触状态，若接触力值小于接触力阈值则表示机械手位于自由空间，设置输出接触力误差F_e为0；否则由腱张力比较器比较期望指尖接触力和实际指尖接触力传感器所测接触力之间的差别得到约束空间接触力误差F_e；阻抗控制模块将接触力误差F_e修正为笛卡尔位置X_f，对期望的位置X_d进行补偿得到期望的笛卡尔位置X_r＝X_d+X_f；期望笛卡尔位置经过逆运动学解算模块转换为期望关节角位置θ_r，与手指的实际关节角位置θ_a进行比较得到关节角位置偏差θ_e＝θ_r‑θ_a；然后通过关节刚度比例模块将关节角位置偏差转化为关节力矩，该关节力矩由张力分配模块转换为期望腱张力；然后由腱张力比较器比较期望腱张力和实际由腱张力传感器输出的腱张力的偏差，根据该腱张力的偏差由张力控制模块基于合适的控制律把张力的偏差转化为位置偏差，把该位置偏差输送给腱驱动器进行控制。