[发明专利]一种被机械手夹取的物体的姿态变化检测装置及方法

说明书

本发明公开了一种被机械手夹取的物体的姿态变化检测装置及方法；检测装置包括：机械手夹取系统，所述机械手夹取系统包括机械手和两个机械手指；所述机械手为横杆，两个机械手指均为与横杆垂直的竖杆，两个机械手指分别安装在横杆的两端；所述两个机械手指用于夹持物体；其中一个机械手指上内嵌第一滑觉传感器sensor1和第二滑觉传感器sensor2，另外一个机械手指上内嵌第三滑觉传感器sensor3；每个滑觉传感器均用于检测滑动位移量和滑动方向；每个滑觉传感器均通过对应的A/D转换器与存储器连接，所述存储器与DSP连接，所述DSP通过USB接口与控制计算机连接。从而实现物体姿态变化的定量检测。检测方法可以进一步用于被夹取物体连续轨迹监测和跟踪。

技术领域

本发明涉及一种被机械手夹取的物体的姿态变化检测装置及方法，涉及机器人操控领域。

背景技术

机器人在非结构环境中实现对物体的稳定、灵活夹取，是机器人技术发展中最具挑战的研究领域之一。在实际夹取操作中，被夹取物体不可避免会出现倾斜、滑移、旋转等姿态变化等情况，如沿x、y、z轴的平移和绕三轴的转角变化等。如果能对被夹取物体的姿态变化进行实时定量检测并反馈给机械手，机械手控制器会根据这些实时数据做出相应的操作，则可大大提高夹取的稳定性和操作的灵活性。

目前，对被夹取物体的姿态变化检测方法主要有两类：一是采用视觉方法，即通过在机械手外部布置相机来监测被夹取物体的姿态变化，这种方法缺点是相机光路易被工件或机械手遮挡，影响适用范围，另外，检测效果对环境照明也比较敏感；二是采用触觉传感器方法，即通过机械手指与被抓物体的触觉传感信息来判断被夹取物体的姿态变化，这种方法尽管可以克服视觉方法的缺点，其缺点是只能定性的检测，只能检测被夹取物体姿态变化是平移、旋转还是翻滚，无法对姿态变化进行定量测量。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提出一种被机械手夹取的物体的姿态变化检测装置及方法，本方法通过嵌入到机械手指内的三个滑觉传感器来实现，其原理是首先采用滑觉传感器检测姿态变化前后物体表面滑动位移量大小及方向，然后通过几何空间变换得到被夹取物体沿x、y、z方向的平移距离和绕x、y、z轴的转角变化，从而实现物体姿态变化的定量检测。检测方法可以进一步用于被夹取物体连续轨迹监测和跟踪。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种被机械手夹取的物体的姿态变化检测装置，包括：机械手夹取系统，所述机械手夹取系统包括机械手和两个机械手指；所述机械手为横杆，两个机械手指均为与横杆垂直的竖杆，两个机械手指分别安装在横杆的两端；所述两个机械手指用于夹持物体；

其中一个机械手指上内嵌第一滑觉传感器sensor1和第二滑觉传感器sensor2，另外一个机械手指上内嵌第三滑觉传感器sensor3；三个滑觉传感器均为全方向性滑觉传感器，每个滑觉传感器均用于检测滑动位移量和滑动方向；

每个滑觉传感器均通过对应的A/D转换器与存储器连接，所述存储器与DSP连接，所述DSP通过USB接口与控制计算机连接。

一种被机械手夹取的物体的姿态变化检测方法，包括如下步骤：

步骤(1)：建立机械手坐标系O-XYZ；建立被夹取物体坐标系o-xyz；将三个滑觉传感器分别安装到机械手指中；

步骤(2)：机械手上的机械手指夹取物体，每个滑觉传感器采集被夹取物体的坐标值；

在当前状态state(n-1)下，第i个滑觉传感器输出的坐标值为：其中，i＝1,2...,3，对应于sensor1,sensor2,sensor3三个滑觉传感器；

在被夹取物体在机械手指上产生滑动之后的状态state(n)下，第i个滑觉传感器输出的坐标值为：