[发明专利]一种带有触觉反馈和可变刚度的灵巧手及其控制方法

说明书

本发明公开了一种带有触觉反馈和可变刚度的灵巧手及其控制方法，方法包括：S1，控制第一激磁线圈的电流，使第一激磁线圈与弹簧相互配合，控制柔性件的凸起与收缩运动，使灵巧手抓握住被抓物体；控制第二激磁线圈，调节磁流变液，使磁流变液由液体转变为固体；S2，改变灵巧手的手指角度，增加抓握力度，通过手指角度的变化值推算出被抓物体的形变量，通过触觉感应电路，检测抓握的力度值；S3，根据多个触觉感应点位的力度值和被抓物体的形变量，估算出被抓物体的刚度；S4，根据预设的被抓物体的刚度阈值，调节磁流变液的刚度；灵巧手包括：灵巧手本体及其上设有的检测单元、由触觉感应电路构成的阵列。

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其是涉及了一种带有触觉反馈和可变刚度的灵巧手及其控制方法。

背景技术

随着科学技术的发展，越来越多的机器人应用到人们的日常生活和工作当中，机器人手作为机器人的执行终端之一，主要负责完成物体的抓取和释放功能。机器人手主要分为非拟人手和拟人手。非拟人手是指没有手指的抓持器，包括吸盘、磁铁等装置；拟人手是指具有手指的抓持器，主要可以分为：工业夹持器，欠驱动手和灵巧手。工业夹持器一般包括一个驱动器和两个手指，结构简单，但仅能实现少部分抓取功能；欠驱动手是指手指驱动器数量小于自由度；灵巧手是指三个以上手指和九个以上自由度的多指机器人手，具有自由度高，动作灵巧等优点，可以模拟人手的抓取释放动作。在实际应用过程中，灵巧手由于没有很好的刚性适应性，抓取物体时可能会对手和被抓物体造成损害，或者无法稳定抓取，例如抓取蔬菜水果等较为柔软的物体时可能会由于果蔬的表皮脆弱而导致果蔬损伤。

磁流变液是由高磁导率、低磁滞性的微小软磁性颗粒和非导磁性液体混合而成的悬浮体。在无磁场环境时，磁流变液呈现低粘度的牛顿流体特性。在外加磁场时呈现为高粘度、低流动性的宾汉流体特性。这种转换能耗低，易于控制，反应迅速，因此磁流变液是一种性能优良的智能材料。

发明内容

为解决现有技术的不足，通过抓握测试估算被抓取物体的刚度并自主调节自身刚度，实现良好的抓取效果，通过磁流变液在灵巧手上的应用使得灵巧手抓握更加易于控制，减少了抓握过程对灵巧手和被抓物体的损耗，本发明采用如下的技术方案：

一种带有触觉反馈和可变刚度的灵巧手控制方法，包括如下步骤：

S1，控制第一激磁线圈的电流，使第一激磁线圈与弹簧相互配合，控制柔性件的凸起与收缩运动，使灵巧手刚好抓握住被抓物体；控制第二激磁线圈，调节磁流变液，使磁流变液由液体转变为固体，此时其刚度为最大；

S2，略微改变灵巧手的手指角度，增加抓握力度，通过手指角度的变化值推算出被抓物体微小的形变量，通过触觉感应电路，检测抓握的力度值；

S3，根据多个触觉感应点位的力度值和被抓物体的形变量，估算出被抓物体的刚度；

S4，根据预设的被抓物体的刚度阈值，调节磁流变液的刚度，从而实现对被抓物体良好的抓握效果，同时，根据被抓物体的不同，灵巧手表面多个封装有磁流变液的半球形柔性件的凸起，会随着磁流变液的刚度变化而产生不同柔软程度的变化，以减少对于灵巧手或被抓物体的损害。

进一步地，所述步骤S1中，对第一激磁线圈施加电压，使第一激磁线圈里产生电流，进而在第一激磁线圈上产生与电流成比例的力，使第一激磁线圈在气隙内沿轴向运动，通过第一激磁线圈的电流方向控制其运动方向。

进一步地，所述步骤S1中，对第二激磁线圈施加电压，在第二激磁线圈里产生电流，进而产生磁场，磁流变液在磁场作用下由液态转换为固态，当停止施加电压时，电流消失，磁场消失，磁流变液恢复为液态的初始状态。

进一步地，所述步骤S2中被抓取物体的形变量的推算，当手指关节弯曲抓取物体时，若绕关节的转动角变化量为Δθ，关节转动点到抓取物的距离为l，则被抓取物体的形变量近似为：

Δx＝l*sin(Δθ) (1)。