(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211213562.5 (22)申请日 2022.09.30 (71)申请人 西京学院 地址 710123 陕西省西安市长安区西京路1 号 (72)发明人 王引卫　王娇　王兴烁　 (74)专利代理 机构 西安智大知识产权代理事务 所 61215 专利代理师 季海菊 (51)Int.Cl. B25J 9/16(2006.01) (54)发明名称 一种机械手抓取、 操纵物体的控制方法 (57)摘要 一种机械手抓取、 操纵物体的控制方法， 首 先， 建立二指机械手模型并对其各个 关节进行描 述； 其次， 根据步骤一建立的二指机械手的模型， 自定义机械手与物体的物理参数、 初始值和期望 值， 进行手臂和物体系统的动力学推导； 最后， 根 据步骤二动力学推导， 结合信号叠加原理， 合成 机械手抓取和物体操纵的控制信号u； 本发明控 制方法通过虚拟阻尼器与虚拟弹簧并联效应的 联合空间速度阻尼信号、 抓取力控制信号及物体 操纵三个控制信号叠加， 在机器人抓取和物体操 纵方面取得了令人满意的性能； 经计算机仿真表 明， 本发明根据虚拟弹簧 ‑阻尼器假设的阻尼整 形， 在阻尼整形以产生机械手的平滑 运动方面是 有效的； 对于抓取和物体操纵的控制灵活度、 准 确性大大提高。 权利要求书4页 说明书9页 附图3页 CN 115366112 A 2022.11.22 CN 115366112 A 1.一种机 械手抓取、 操纵物体的控制方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤一： 建立 二指机械手模型并对其各个关节进行描述； 步骤二： 根据步骤一建立的二指机械手的模型， 自定义机械手与物体的物 理参数、 初始 值和期望值， 进行手臂和物体系统的动力学推导； 步骤三： 根据步骤二动力学推导， 结合信号叠加原 理， 合成机械手抓取和物体操纵的控 制信号u。 2.根据权利要求1所述的一种机械手抓取、 操纵物体的控制方法， 其特征在于， 所述步 骤一的具体方法为： 整个机械手系统的模型包括肩部、 肘部、 腕部和拇指的两个自由度、 食指的两个自由 度， q＝(q1,q2,q3,q4,q5,q6,q7)T； 假设手臂系统在水平面中移动， 并且手指与物体接触的表 面是平行的， 从机械手接触物体表面的初始状态到机械手抓住物体过程中所期 望达到的抓 取位置为xd＝(xd,yd)T； 机械手指端是 刚性的半圆形， 手指末端和物体表面之间存在滚动约 束； 点O表示固定在机器人手臂第一个关节处的笛卡尔坐标原点， 物体中心用Oc.m表示。 3.根据权利要求1所述的一种机械手抓取、 操纵物体的控制方法， 其特征在于， 所述步 骤二的具体方法为： 机械手拇指和食指的半圆形指端中心的坐标几何参数xoj＝(xoj,yoj)T 式(1)中： qi(i＝1,...,7)为每个关节角度， li(i＝1,...,7)为每个关节之间连杆的长 度， 得到指端与物体的接触点几何参数xj＝(xj,yj)T 式(2)中： rj(j＝1,2)为指端半径， x0j＝(x0j,y0j)T为半圆形指端的中心， θ 为初始 物体角度， 指端和物体表面之间的约束Q1,Q2,R1,R2， 指端与物体表面的接触约束Q1,Q2， 则 Q1＝(x‑x01)cosθ‑(y‑y01)sinθ‑r1‑w1＝0 Q2＝‑(x‑x02)cosθ +(y ‑y02)sinθ‑r2‑w2＝0  (3)权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115366112 A 2式(3)中： w1,w2为夹取物体的宽度， 设指端在物体表面上的移动距离几何参数Y1,Y2， Y1＝c01‑r1( π +θ‑qTe1) Y2＝c02‑r2(2 π‑θ‑qTe2)  (4) 式(4)中： c01,c02为指端与物体的初始接触点， e1＝(1,1,1,1,1,0,0)T,e2＝(1,1,1,0,0,1,1)T， 得指端在物体表面上的移动几何参数Yj， Yj＝(x0j‑x)sinθ +(y0j‑y)cosθ  (5) 式(5)中： x,y为物体的中心坐标 由公式(4)、 公式(5)得到指尖与物体表面的滚动约束R 1,R2 R1＝Y1‑c01+r1( π +θ‑qTe1)＝0 R2＝Y2‑c02+r2(2 π‑θ‑qTe2)＝0  (6) 则整个机 械手和物体的拉格朗日方程K,L： 其中： 将公式(8)、 公式(9)带入到公式(7)中， 得 其中： fj,Aj为拉格朗日乘数， H(q)为机器人部件的7 ×7惯性矩阵， I为绕质心Oc.m的惯性矩， 得到变分方程描述的哈密顿原理： u为每个关节执 行器产生的控制输入扭矩信号， 根据公式(7)、 公式(10)、 公式(1 1)得到整个 手臂和物体系统的动力学 方程： 是斜对称矩阵，权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115366112 A 3