[发明专利]一种基于力与位移模糊混合控制的五指灵巧手及其控制方法

权利要求书

1.一种基于力与位移模糊混合控制的五指灵巧手，其特征在于：包括手掌主体以及安装在手掌主体上的四根单指和一根大拇指；

每根单指均包括近指节、中指节、远指节和驱动机构，近指节与中指节之间、中指节与远指节之间均铰接，所述中指节与近指节两者的手心手背两侧分别设有第一腱鞘和第二腱鞘，所述驱动机构包括用于驱动指节弯曲的第一腱绳、用于指节复位的第二腱绳、第一电机和第二电机，所述第一电机与第二电机安装在手掌主体内，所述第一腱绳的一端与远指节连接，所述第一腱绳的另一端依次穿过中指节的第一腱鞘、近指节的第一腱鞘，伸入到手掌主体腔体内与第一电机的电机轴连接，在第一腱绳上还设有拉力传感器，拉力传感器设置在手掌主体腔体内；所述第二腱绳的一端与远指节连接，所述第二腱绳的另一端依次穿过中指节的第二腱鞘、近指节的第二腱鞘，伸入到手掌主体腔体内与第二电机的电机轴连接，第二电机上还设有用于测量第二电机的角位移以及转速的编码器；

大拇指不包括中指节，其他结构与每根单指相同；所述拉力传感器、编码器均与控制器连接。

2.如权利要求1所述的一种基于力与位移模糊混合控制的五指灵巧手，其特征在于：所述四根单指和一根大拇指外均设有硅胶指套。

3.如权利要求1或2所述的一种基于力与位移模糊混合控制的五指灵巧手，其特征在于：相邻两个指节之间以及近指节与手掌主体之间均通过铰链铰接，并在铰链的左右两端过盈装配有卡簧。

4.一种如权利要求1所述的基于力与位移模糊混合控制的五指灵巧手的控制方法，其特征在于：所述控制方法包括以下步骤：

在灵巧手接触物体之前，通过视觉系统进行手眼标定，并进行物体边界检测，确定物体抓持边界，将其接触笛卡尔坐标系作为运动学输入，使其靠近切换面；控制器经过所述切换面后，控制策略从运动控制切换至模糊控制器；灵巧手进入模糊控制器后，以经过切换面后的腱绳位移与手指刚度的乘积作为刚度矩阵输入，以第一腱绳上的拉力传感器表征手指压力趋势；上述传感器信息作为二维输入，映射至论域相应区域，通过高斯函数进行模糊化处理，以进行模糊推理，最终实现解模糊。

5.如权利要求4所述的控制方法，其特征在于：所述控制方法还包括以下步骤：所述拉力传感器会监测第一腱绳拉力变化趋势，当灵巧手接近物体抓持边界时，拉力传感器监测的拉力变化梯度超出阈值时，将控制算法切换至模糊控制器，对物体进行力位移混合控制。

6.如权利要求5所述的控制方法，其特征在于：所述控制方法还包括以下步骤：进入模糊控制器后，以切换面为参考，计算所述编码器与所述拉力传感器的增量，将这二维增量作为模糊控制器的输入，将拉力增量以及编码器增量映射至论域[-5,5]之间，将映射完成的二维增量值，通过高斯函数进行模糊化。

7.如权利要求6所述的控制方法，其特征在于：所述控制方法还包括模糊控制规则：经过算法切换，使其参考值置于切换面后，计算腱绳拉力与编码器增量；当腱绳拉力和编码器所表征的灵巧手弯曲程度与期望值偏差较大，输出控制量的值应以尽快消除偏差为主；而腱绳拉力和编码器所表征的灵巧手弯曲程度较小时，输出控制量应防止超调，以使系统保持稳定。