[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

说明书

技术领域

本发明涉及具有遥控力反馈手操的力/位混合柔顺控制夹持技术，属于智能机器人自动化领域。

背景技术

夹持装置是工业机器人在抓取物体时的重要末端执行机构。许多工业现场需要夹持器抓取物体时，涉及夹持器和被抓物体间的相互作用，夹持臂的位移以及夹持臂与被抓物质间的接触力是夹持过程控制的重要指标，它决定了机器人是否能在不对被抓物破坏的前提下有效抓取物体。由于特殊工况及操作安全的考虑，某些场合需要夹持装置具有远程操作功能，同时需要遥控操作者能够感知夹持力的大小。

发明内容

本发明的目的是为了适应工业机器人的发展需求，提供一种力/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。

本发明所述的一种力/位混合柔顺控制的夹持装置包括底板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。

与上述夹持装置相配合的手操设备包括手轮15、二号编码器16、磁粉制动器19、齿形带20、三号齿轮21、四号齿轮22、二号处理器、二号差分/TTL电平转换电路、H桥驱动器25和霍尔电流传感器；

三号齿轮21套固在手轮15的转轴上，四号齿轮22套固在磁粉制动器19上，四号齿轮22用于通过齿形带20带动三号齿轮21转动；

二号处理器的二号编码器16用于检测手轮15转轴的角位移，二号编码器16的信号输出端通过二号差分/TTL电平转换电路连接二号处理器的手轮角位移信号输入端，二号处理器的控制信号输出端通过H桥驱动器25连接磁粉制动器19的控制信号输入端，霍尔电流传感器用于检测磁粉制动器19的驱动电流，霍尔电流传感器的电流检测信号输出端连接二号处理器的电流反馈信号输入端，二号处理器的CAN总线接口用于发送位置指令以及接收力反馈信号。

上述夹持装置的控制方法由嵌入在一号处理器内的软件实现，所述方法包括以下步骤：

位置指令接收步骤：接收位置指令；

压力采集步骤：采集压力传感器发来的压力信号；

压力信号发送步骤：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步骤：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步骤：将一号编码器4发来的信号转换为夹持臂当前位置信息；

位移偏差计算步骤：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；

电机控制信号发送步骤：利用闭环控制算法(如PID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。

上述手操设备的控制方法由嵌入在二号处理器内的软件实现，所述方法包括以下步骤：

位置指令发送步骤：将二号编码器16发来的信号转换为两个V型定位夹持臂8的位置指令，并向夹持装置发送该位置指令；

压力信号接收步骤：接收夹持装置发来的压力信号，所述压力信号即为阻尼力矩指令；

等效阻尼力矩获得步骤：采集霍尔电流传感器发来的电流信号，并根据磁粉制动器19的电流-阻尼力矩关系曲线将所述电流信号转换为等效阻尼力矩；

力矩偏差计算步骤：计算力矩偏差计，所述力矩偏差计＝阻尼力矩指令－等效阻尼力矩；