[发明专利]一种力/位混合柔顺控制的夹持装置、手操设备以及夹持装置和手操设备的控制方法

权利要求书

1.一种力/位混合柔顺控制的夹持装置，该夹持装置包括底板(1)、电机支架(2)、电机(3)、一号编码器(4)、减速器(5)、滑台(6)、双向螺杆(7)、两个V型定位夹持臂(8)、螺杆支架(10)、一号处理器、驱动电路(12)、一号差分/TTL电平转换电路和信号调理电路；

电机支架(2)用于将电机(3)固定在底板(1)上，螺杆支架(10)用于将双向螺杆(7)固定在底板(1)上，且双向螺杆(7)能够绕其轴线转动，电机(3)用于通过减速器(5)带动双向螺杆(7)转动；

滑台(6)固定在底板(1)上，且滑台(6)的上表面设置有凹槽，该凹槽的长度方向与双向螺杆(7)的轴线平行；两个V型定位夹持臂(8)相对设置，每个V型定位夹持臂(8)的夹持面均设置有硅橡胶贴装层(9)，且其中一个硅橡胶贴装层(9)内埋有压力传感器；两个V型定位夹持臂(8)分别与双向螺杆(7)的两端螺纹连接，两个V型定位夹持臂(8)的底部均位于滑台(6)上的凹槽内，并能够沿该凹槽的长度方向移动；

一号处理器的控制信号输出端通过驱动电路(12)连接电机(3)的控制信号输入端，一号编码器(4)用于检测电机(3)输出轴的角位移，一号编码器(4)的信号输出端通过一号差分/TTL电平转换电路连接一号处理器的电机角位移信号输入端，一号处理器的CAN总线接口用于接收位置指令以及发送力反馈信号，压力传感器的检测信号输出端通过信号调理电路连接一号处理器的夹持力反馈信号输入端；

其特征在于，一号处理器内嵌入夹持控制模块，所述夹持控制模块包括以下单元：

位置指令接收单元：接收位置指令；

压力采集单元：采集压力传感器发来的压力信号；

压力信号发送单元：将压力传感器发来的压力信号发送给手操设备；

力反馈等效位移获得单元：利用力/位移转换函数将采集到的压力信号转换为力反馈等效位移；

夹持臂当前位置获得单元：将一号编码器(4)发来的信号转换为夹持臂当前位置信息；

位移偏差计算单元：计算位移偏差，所述位移偏差＝位置指令－力反馈等效位移－夹持臂当前位置；

电机控制信号发送单元：利用闭环控制算法将所述位移偏差转换为电机控制信号，并将该电机控制信号发送给驱动电路(12)。

2.根据权利要求1所述的一种力/位混合柔顺控制的夹持装置，其特征在于，力反馈等效位移获得单元中的力/位移转换函数为：

$\left\{\begin{array}{c}d=k_{1}f,0\≤f\<f_0\\ d=k_1{f}_0+k_2(f-f_0),f_0\≤f\<f_1\\ d=k_1{f}_0+k_2(f_1-f_0)+k_3(f-f_1),f\≥f_1\end{array}\right.$

其中，d为力反馈等效位移，f为V型定位夹持臂(8)所承受的压力，k₁、k₂和k₃分别为欠压力夹持区、压力夹持区和过压力夹持区的增益系数，f₀为欠压力夹持区的压力上限，f₁为过压力夹持区的压力下限。