一种柔性抓取装置和机器人的制作方法

本实用新型涉及机器人技术领域，具体涉及一种柔性抓取装置和机器人。

背景技术：

随着机器人技术的迅猛发展，对能在复杂环境下执行任务的机器人的需求日益增加。由于抓取作业的复杂性和特殊性，机器人抓取成功率低、损伤率高，柔性抓取和夹持已成为相关机器人研究的关键技术。

在减小抓取损伤方面，国内外许多学者已经进行了多方面研究：在夹持器恒速模式下，以物体粘弹性伯格斯力学模型为基础，建立了快速的物体夹持碰撞模型；对末端执行器和电机分别建立控制模型，开发一种基于广义比例积分(Proportional Integral，PI)的抓取力矩优化控制方法；为使末端执行器和物体间的抓持力快速低超调地跟踪期望的设定力，提出并试验了基于灰色预测的增量式PI力控制算法；将末端执行器当前抓取力和滑觉传感器输出信号作为智能控制器的输入，采用自适应神经模糊推理系统可自动调节对不同质量的物体抓取力大小。在机器人末端执行器双指采摘物体过程中，探讨了电机电流、速度和物体的双指抓取力、接触部位及物体的损伤形变关系。另外，气动肌肉柔性驱动技术也被用于软弱易碎等物体的抓取。

但是，上述抓取系统主要侧重于物体力学模型研究或末端执行器抓取的力\力矩控制算法研究，对末端执行器抓取物体整体系统研究不足，导致对物体模型的不确定和力扰动适应性较差，抓取效率较低。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种柔性抓取装置和机器人，已解决现有的抓取系统对物体模型的不确定和力扰动适应性较差，抓取效率较低的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供一种柔性抓取装置，包括机械手、初始参数控制器、阻抗控制器、力传感器和位置控制器；

所述力传感器和所述阻抗控制器分别与所述初始参数控制器相连；

所述阻抗控制器和所述机械手分别与所述位置控制器相连。

进一步地，上述所述的柔性抓取装置中，所述初始参数控制器包括视觉捕捉机构和数据处理机构；

所述视觉捕捉机构、所述力传感器和所述阻抗控制器分别与所述数据处理机构相连。

进一步地，上述所述的柔性抓取装置，还包括放大器；

所述力传感器通过所述放大器与所述数据处理机构连接。

进一步地，上述所述的柔性抓取装置，还包括存储器；

所述阻抗控制器和所述数据处理机构分别与所述存储器相连。

进一步地，上述所述的柔性抓取装置，还包括数据读写接口；

所述数据读写接口与所述存储器相连。

进一步地，上述所述的柔性抓取装置中，所述机械手包括电机、驱动机构和抓取机构；

所述电机、所述驱动机构和所述抓取机构依次相连；

所述电机还与所述位置控制器相连。

本实用新型还提供一种机器人，所述机器人设置有如上所述的柔性抓取装置。

本实用新型的柔性抓取装置和机器人，通过设置机械手、初始参数控制器、阻抗控制器、力传感器和位置控制器，将力传感器、阻抗控制器和位置控制器分别与初始参数控制器相连，并将阻抗控制器和机械手分别与位置控制器相连，实现了将目标物体和机械手作为整体系统，动态调整机械手的抓取力和抓取位置。采用本实用新型的技术方案，能够提高对物体模型的不确定和力扰动适应性，提高抓取效率。

附图说明

图1为本实用新型的柔性抓取装置实施例一的结构示意图；

图2为本实用新型的柔性抓取装置实施例二的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型具体实施例及相应的附图对本实用新型技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实施例中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等(如果存在)是用于区别类似的部分，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示的以外的顺序实施。

以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

实施例1

图1为本实用新型的柔性抓取装置实施例一的结构示意图，如图1所示，本实施例的柔性抓取装置可以包括机械手10、初始参数控制器11、阻抗控制器12、力传感器13和位置控制器14，其中，力传感器13和阻抗控制器12分别与初始参数控制器11相连；阻抗控制器12和机械手10分别与位置控制器14相连。

在一个具体实现过程中，初始参数控制器11用于设置初始抓取参数，如抓取期望力、抓取参考位置等。机械手10可以按照初始抓取参数抓取目标物体，当在抓取目标物体时，力传感器13能够检测到抓取目标物体的实际力，并将检测的实际力传输给初始参数控制器11，初始参数控制器11会根据抓取期望力和实际力进行计算，得到实际力偏差值，作为阻抗控制器12的输入参数，输入阻抗控制器12，阻抗控制器12根据实际力偏差值生成校正量，并将抓取参考位置与校正量的和作为实时规划的动态位置指令，输入到位置控制器14，位置控制在根据动态位置指令，得到抓取期望位置，并生成驱动机械手10的驱动指令，从而使机械手10按照抓取期望力和抓取期望位置抓取物体，这样在调整相关参数时，目标物体和机械手10为一个整体的系统，对物体模型的不确定和力扰动具有较强的鲁棒性。

例如，本实施例的柔性抓取装置可以基于接触力跟踪阻抗控制算法，将柔性抓取装置抓取物体之间的力/位控制等效为预设计的抓取二阶阻抗--一阶导纳模型，即等效惯量-阻尼-刚度-刚度模型，对物体刚度估计模型引起的误差可由力反馈给阻抗控制器12，并由阻抗控制器12得到校正量，以按需调节相关参数，实现抓持力与位置的动态关系，提高对物体模型的不确定和力扰动适应性。

本实施例的柔性抓取装置，通过设置机械手10、初始参数控制器11、阻抗控制器12、力传感器13和位置控制器14，将力传感器13、阻抗控制器12和位置控制器14分别与初始参数控制器11相连，并将阻抗控制器12和机械手10分别与位置控制器14相连，实现了将目标物体和机械手10作为整体系统，动态调整机械手10的抓取力和抓取位置。采用本实用新型的技术方案，能够提高对物体模型的不确定和力扰动适应性，提高抓取效率。

实施例2

图2为本实用新型的柔性抓取装置实施例二的结构示意图。如图2所示，本实施例的柔性抓取装置在图1所示实施例的基础上进一步更加详细的对本实用新型的技术方案进行描述。

如图2所示，本实施例中的初始参数控制器11可以包括视觉捕捉机构111和数据处理机构112，其中，视觉捕捉机构111和阻抗控制器12分别与数据处理机构112相连。

在一个具体实现过程中，由于力传感器13所检测到的实际力可能比较微弱，因此，如图2所示，本实施例的柔性抓取装置还可以包括放大器15，力传感器13可以通过放大器15与数据处理机构112连接，这样由放大器15对力传感器13采集到的实际力进行放大处理后，再将放大后的实际力输入数据处理机构112中。

本实施例中，可以利用视觉捕捉机构111捕捉目标物体的视觉信息，并由数据处理机构112根据先关算法对视觉捕捉机构111捕捉的视觉信息进行分析，以确定初始抓取参数，并进行设置。例如，针对不同的物体可以得到不同的初始参数，从而有针对的设置初始参数。

具体地，如图2所示，本实施例的柔性抓取装置还可以包括存储器16和数据读取接口17，其中，阻抗控制器12、数据处理机构112和数据读写接口分别与存储器16相连。本实施例中，可以根据实际经验得到不同物体所需要的抓取参数，并得到物体类型与抓取参数的关联关系，通过数据读取接口17，存储至存储器16内。当视觉捕捉机构111捕捉目标物体的视觉信息后，数据处理机构112可以根据目标物体的视觉信息得到目标物体的类型，从而根据物体类型与抓取参数的关联关系，确定初始抓取参数。

在一个具体实现过程中，数据处理机构112可以根据实际力和初始抓取参数得到实际力偏差值，并将实际力偏差值分别输入存储器16和阻抗控制器12，阻抗控制器12得到校正量后，可以将校正量发送给存储器16，存储器16分别实际力偏差值和校正量等中间数据进行存储，以便后续相关人员通过数据读取接口17读取实际力偏差值和校正量等中间数据，并进行分析。

如图2所示，本实施例的柔性抓取装置中，机械手10可以包括电机101、驱动机构102和抓取机构103，其中，电机101、驱动机构102和抓取机构103依次相连，且电机101还与位置控制器14相连。

本实施例中，位置控制器14生成驱动机械手10的驱动指令后，可以将驱动指令发送给电机101，电机101启动，并经过驱动机构102驱动抓取机构103抓取目标物体，实现了柔性抓取，减小了对物体抓取损伤，保证了物体的品质。

本实用新型实施例的柔性抓取装置，通过设置存储器16，并在存储期内存储物体类型与抓取参数的关联关系，当视觉捕捉机构111捕捉目标物体的视觉信息，由数据处理机构112确定目标物体的类型，并根据物体类型与抓取参数的关联关系，确定初始抓取参数，实现了自动设置初始抓取参数，同时实现了将目标物体和机械手10作为整体系统，动态调整机械手10的抓取力和抓取位置。采用本实用新型实施例的技术方案，能够提高对物体模型的不确定和力扰动适应性，提高抓取效率。

实施例3

本实用新型还提供一种机器人，该机器人设置有如图1或图2所示实施例的柔性抓取装置。

本实施例的机器人实现柔细抓取的实现机制与图1或图2所示实施例的实现机制相同，详细请参考上述相关记载，在此不再赘述。

实施例的机器人，通过设置图1或图2所示的柔性抓取装置，实现了将目标物体和机械手作为整体系统，动态调整机械手的抓取力和抓取位置。采用本实用新型的技术方案，能够提高对物体模型的不确定和力扰动适应性，提高抓取效率。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。