CN105522584A - 控制方法、控制装置及柔性机械手系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种控制方法，用于控制柔性机械手抓取目标物体，柔性机械手包括至少两个柔性机械手指。首先，根据柔性机械手的参数及目标物体的参数计算适合于抓取目标物体的指尖距离范围。然后，控制柔性机械手在指尖距离范围内抓取目标物体，且在抓取过程中根据目标物体的参数调整指尖距离。采用本发明实施方式的控制方法，可提升抓取的成功率，提升抓取的自动化程度，减少人工干预，提升抓取效率。本发明还公开了一种控制装置及柔性机械手系统。

Description

控制方法、控制装置及柔性机械手系统

技术领域

本发明涉及柔性机械手领域，具体涉及一种控制方法、控制装置及柔性机械手系统。

背景技术

现有柔性机械手需要复杂的视觉处理，分析并对目标物体的位置姿态进行辨识和实时追踪，需要实时传感器测量并实时进行大量计算，同时需要精确度高的刚性机器手完成抓取运作，系统成本高，复杂，且抓取有效性低。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一为此，本发明提出一种控制方法。

本发明实施方式的控制方法用于控制柔性机械手抓取目标物体，所述柔性机械手包括至少两个柔性机械手指，所述控制方法包括以下步骤：

计算步骤，根据所述柔性机械手的参数及所述目标物体的参数计算适合于抓取所述目标物体的所述柔性机械手指的指尖距离范围；及

第一控制步骤，控制所述柔性机械手在所述指尖距离范围内抓取所述目标物体；及

第二控制步骤，在抓取过程中根据所述目标物体的参数调整所述柔性机械手指的指尖距离。

采用本发明实施方式的控制方法，在抓取过程中根据所述目标物体的参数调整所述柔性机械手指的指尖距离，以使目标物体不易滑落，可提升抓取的成功率，提升抓取的自动化程度，减少人工干预，提升抓取效率。解决了现有技术的某些问题。

本发明还提供了一种控制装置，所述控制装置控制柔性机械手抓取目标物体，所述柔性机械手包括至少两个柔性机械手指，所述控制装置包括：

计算模块，用于根据所述柔性机械手的参数及所述目标物体的参数计算适合于抓取所述目标物体的所述柔性机械手指的指尖距离范围；及

控制模块，用于控制所述柔性机械手在所述指尖距离范围内抓取所述目标物体，及用于在抓取过程中根据所述目标物体的参数调整所述柔性机械手指的指尖距离。

本发明还提供了一种柔性机械手系统，其包括所述柔性机械手及上述实施方式中的所述控制装置。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明实施方式的控制方法的流程示意图；

图2是本发明实施方式的柔性机械手系统及控制装置的功能模块示意图；

图3是本发明实施方式中的柔性机械手抓取目标物体的侧视示意图；

图4是本发明实施方式中的柔性机械手抓取目标物体的侧视示意图；

图5是本发明实施方式的控制方法的计算步骤的流程示意图；

图6是本发明实施方式的控制装置的控制模块的功能模块示意图；

图7是本发明实施方式的控制方法的流程示意图；

图8是本发明实施方式的控制方法的流程示意图；

图9是本发明实施方式的控制装置的功能模块示意图；

图10是本发明实施方式的控制方法的流程示意图；

图11是本发明实施方式的控制装置的功能模块示意图；

图12是本发明实施方式中的柔性机械手的侧视示意图；

图13是本发明实施方式中的控制方法的流程示意图；

图14是本发明实施方式中的控制装置的功能模块示意图；

图15是本发明实施方式中的控制方法的流程示意图；

图16是本发明实施方式中的控制装置的功能模块示意图；

图17是本发明实施方式中的控制方法的流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。附图中相同或类似的标号自始至终表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。另外，下面结合附图描述的本发明的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明的实施方式，而不能理解为对本发明的限制。

请参阅图1-4，本发明实施方式的控制方法用于控制柔性机械手300抓取目标物体3000，其中柔性机械手300包括至少两个柔性机械手指310。本实施方式的控制方法包括以下步骤：

S1，根据柔性机械手300的参数及目标物体3000的参数计算适合于抓取目标物体3000的指尖距离变化范围；及

S2，控制柔性机械手300在指尖距离变化范围内抓取目标物体3000，且在抓取过程中根据目标物体3000的参数调整指尖距离。

请参阅图2，本发明实施方式的控制装置100包括计算模块110及控制模块130。作为例子，本发明实施方式的控制方法可以由本发明实施方式的控制装置100实现，可应用于柔性机械手系统1000。柔性机械手系统1000可以包括控制装置100及柔性机械手300。

控制装置100及柔性机械手300可以作为一个整体，例如将控制装置100设置于柔性机械手300的手臂中。当然，在其他实施方式中，控制装置100也可以作为独立于柔性机械手300的设备或装置，并与柔性机械手300连接，并且可与不同种类的柔性机械手300兼容搭配，以更好地拓展柔性机械手系统1000的功能。在某些实施方式中，控制装置100甚至可同时连接并控制多个柔性机械手300，并不局限于上面讨论的实施方式。

本发明实施方式的控制方法的步骤S1可由计算模块110实现，步骤S2可由控制模块130实现。也就是说，计算模块110可用于根据柔性机械手300的参数及目标物体3000的参数计算适合于抓取目标物体3000的指尖距离变化范围；而控制模块130可用于控制柔性机械手300在指尖距离变化范围内抓取目标物体3000，且用于在抓取过程中根据目标物体3000的参数调整指尖距离。

如此，根据柔性机械手300的参数，如柔性机械手指310的个数、弹性参数等，以及根据目标物体3000的参数，如重量、最大形变量、尺寸等，计算出一个指尖距离变化范围，在此指尖距离变化范围内可基本实现对目标物体3000的抓取。

但有时会遇到特殊情况，如目标物体3000重量过大、形变量过大或表面过于光滑等，易导致抓取失败，此时需根据目标物体3000的参数，对抓取时柔性机械手指310的指尖距离进行进一步修正以适应目标物体3000的参数，如减小指尖距离以使柔性机械手300把目标物体3000抓得更紧。如此，可提升抓取的成功率，提升抓取的自动化程度，减少人工干预，提升抓取效率。

请参图3-4，其中，若柔性机械手指310的数目为2，指尖距离可以指柔性机械手300空握时，两个对向设置的柔性机械手指310的指尖之间的距离，但由于柔性机械手指310的数目若为3或5等奇数，柔性机械手指310并不对向分布，因此取柔性机械手指310的指尖到柔性机械手指310的对称中心点的距离为指尖距离。

各个柔性机械手指310一般设计为均匀排列，如若柔性机械手300包括两个柔性机械手指310，则这两个柔性机械手指310相对设置，若包括三个柔性机械手指310，则这个三个柔性机械手指310两两之间相隔120°，所以各个柔性机械手指310抓取目标物体3000时的受力可视为相同，各柔性机械手指310指尖距离，即指尖到对称中心点的距离也相同。

请参阅图3-4，当柔性机械手300抓握目标物体3000时，尤其是刚性的目标物体3000，由于柔性机械手指310受到目标物体3000的阻挡而不能继续弯曲，此时即使增加柔性机械手指310的旋转力矩，挤压力增大，指尖却不再有位移产生。本发明实施方式中的指尖距离指柔性机械手300空握时指尖至对称中心点的距离。一般来说，若柔性机械手指310已经与目标物体3000贴合，增大指尖距离，由于柔性机械手指310的运动被阻挡，会产生更大的回复力，也就是会使目标物体3000与柔性机械手指310之间的挤压力对应增大。因此若目标物体过重或过滑，可采用减少指尖距离的方式增大挤压力，以提高抓取的成功率。

请参阅图5，在某些实施方式的控制方法中，步骤S1包括：

S11，根据柔性机械手300的参数及目标物体3000的参数计算指尖距离与挤压力的关系，挤压力为柔性机械手指310与被抓取的目标物体3000之间的挤压力；及

S13，根据上述关系计算指尖距离范围中的最小值以使指尖距离对应的挤压力小于目标物体3000的最大耐受挤压力。

其中，步骤S11及步骤S13可由某些实施方式的控制装置100的计算模块110实现。即计算模块110用于根据柔性机械手300的参数及目标物体3000的参数计算指尖距离与挤压力的关系，挤压力为柔性机械手指310与被抓取的目标物体3000之间的挤压力，及用于根据关系计算指尖距离范围中的最小值以使指尖距离对应的挤压力小于目标物体3000的最大耐受挤压力。

为保证目标物体3000不被“捏坏”，须使目标物体3000与柔性机械手指310之间的挤压力小于目标物体3000的最大耐受挤压力，这也是整个抓取过程的重要前提之一。由于挤压力与指尖距离之间存在一定的负相关的关系，可根据目标物体3000的最大耐受挤压力计算出指尖距离范围中的最小值。

请参阅图3，抓取过程的另一个重要前提是使柔性机械手指310之间的指尖距离小于目标物体3000的最大尺寸，可以理解，如果指尖距离大于等于目标物体3000的最大尺寸是无法托住目标物体3000的。为保证柔性机械手300可以夹握住目标物体3000，可得到指尖距离范围中的最大值。抓取过程中，不论指尖距离怎样调整，都必须在指尖距离范围中的最大值至指尖距离范围中的最小值之间的这个范围，以保证既能抓住目标物体3000，又不损坏目标物体3000。

请参阅图6，在某些实施方式的控制方法中，步骤S2可包括：

S21，控制柔性机械手300以最优指尖距离抓取目标物体3000，

并可采用以下条件式计算最优指尖距离：

d_opt1＝d_max+(d_min-d_max)α(1)

其中，d_opt1为最优指尖距离，d_min为指尖距离范围中的最小值，d_max为指尖距离范围中的最大值，且小于目标物体3000的最大尺寸，α为保证柔性机械手指310与目标物体3000之间产生足够摩擦力以避免目标物体3000滑落的安全系数，α大于等于0且小于等于1。

其中，步骤S21可采用某些实施方式的控制装置100的控制模块130实现。控制模块130可包括计算子模块131，计算子模块131用于采用条件式(1)计算最优指尖距离，控制模块130用于控制柔性机械手300以最优指尖距离抓取目标物体3000。

可以理解，当安全系数α为0时，最优指尖距离为指尖距离范围中的最大值，可保证指尖距离小于目标物体3000的最大尺寸，当α为1时，最优指尖距离为指尖距离范围中的最小值，可保证挤压力刚好小于目标的最大耐受挤压力。然而，不管采用指尖距离范围中的最大值还是指尖距离范围中的最小值都是不合适的，不是容易导致目标物体3000滑落，就是容易抓握过紧而损坏目标物体3000。因此应选取一个指尖距离的中间值进行抓取。中间值的选取尽量使柔性机械手指310与目标物体3000之间产生足够大的挤压力进而产生足够大摩擦力以使目标物体3000不会滑落。

中间值的选取，也就是α的确定，可根据目标物体3000的参数及柔性机械手300的参数进行计算，或通过多次实验的方式进行确定。在实际应用的过程中，也可根据抓取的成功率等对α进行调节。控制装置100可包括输入模块150，通过接收用户输入来调整α的大小。

然而，在实际抓取中，若目标物体3000的参数不同，例如重量大小不同，导致抓取的难度不同，仍需根据实际情况对指尖距离进一步调节。

柔性机械手300在实践应用中常常反复抓取相似的物品，如同一型号的某种产品或零件，其相似度是很高的，因此设置一个合理的α，对同一型号的某种产品或零件都是适用的，直到需抓取不同类型的物品，可再对α进行另外的设置。

如此，通过设置合理的α值进而得到合理的最优指尖距离，从而提升抓取的成功率及柔性机械手300的可靠性。

请参阅图7，在某些实施方式中，目标物体3000的参数可包括目标物体3000的重量及形变量。步骤S2包括以下步骤：

S23，在抓取过程中根据目标物体3000的重量和/或形变量调整指尖距离至修正指尖距离。

步骤S23可由某些实施方式的控制装置100的控制模块130实现，即控制模块130用于在抓取过程中根据目标物体3000的重量和/或形变量逐渐调整指尖距离至修正指尖距离。

目标物体3000的重量若过大，易导致抓取过程中滑落从而抓取失败，或者若目标物体3000过于柔软而形变量过大，也易导致脱落。因此在抓取过程中可根据目标物体3000的重量和/或形变量进一步调整指尖距离，以提升抓取成功率。

在本实施方式的控制方法中，修正指尖距离可包括第一重量修正距离。步骤S2可采用以下条件式计算第一重量修正距离：

d_opt2＝d_opt1+(d_min-d_opt1)ξ_G(2)

其中，d_opt2为第一重量修正距离，ξ_G为重量修正系数，ξ_G＝m/m_max，m为目标物体3000的重量，m_max为柔性机械手300所能抓取的最大重量。

在某些实施方式的控制装置100中，控制模块130可包括计算子模块131，计算子模块131可用于采用条件式(2)计算第一重量修正距离。控制模块130用于根据第一重量修正距离控制柔性机械手300抓取目标物体3000。

一般情况下，应保证目标物体3000的重量小于等于柔性机械手300所能抓取的最大重量，因此重量修正系数ξ_G大于0小于等于1，第一重量修正距离则介于最优指尖距离d_opt1与第一重量修正距离d_opt2之间，且目标物体3000的重量越大，第一重量修正距离d_opt2也越小。

目标物体3000的重量可以是抓取前测得，并根据目标物体3000的重量计算出第一重量修正距离d_opt2，以采用d_opt2进行抓取。也可以在柔性机械手300上设置与控制模块130连接的测重装置(图未示)，在抓取过程中测量目标物体3000的重量，以使控制模块130在抓取过程中实时将指尖距离调整为第一重量修正距离。

需要说明的是，最优指尖距离d_opt1与第一重量修正距离d_opt2可以是迭代的关系，也就是说，可进行多次修正。例如，第一次修正时柔性机械手指310的初始指尖距离为最优指尖距离，第二次修正时，则将上次修正好的第一重量修正距离作为d_opt1，采用条件式(1)以计算得到新的修正距离。

在某些实施方式的控制方法中，修正指尖距离包括第一形变修正距离；步骤S2可采用以下条件式计算第一形变修正距离：

d_opt3＝d_opt1+(d_min-d_opt1)ξ_D，(3)

其中d_opt3为第一形变修正距离，ξ_D为形变修正系数，ξ_D大于等于0且小于等于1，ξ_D＝0时目标物体3000为完全刚性，ξ_D＝1时目标物体3000为完全可流动。s

在某些实施方式的控制装置100中，修正指尖距离包括第一形变修正距离，控制模块130可采用条件式(3)计算第一形变修正距离，并根据第一形变修正距离控制柔性机械手300抓取目标物体3000。

可以理解，抓取时目标物体3000的形变量越大，会导致柔性机械手指310与目标物体3000之间的挤压力越小，因此需减小柔性机械手指310的指尖距离以增加挤压力。

形变修正系数ξ_D可以在抓取前测得，并计算出第一形变修正距离，以使控制模块130控制柔性机械手300以第一形变修正距离进行抓取。也可在柔性机械手300上或其他位置设置测量目标物体3000形变的与控制模块130连接的传感器，在抓取过程中测量目标物体3000形变的传感器测量目标物体3000的形变并计算目标物体3000的形变修正系数，或仅测量形变而由控制模块130计算形变修正系数，控制模块130再根据形变修正系数计算第一形变修正距离并根据第一形变修正距离在抓取过程中实时调整指尖距离。

与上述某些实施方式中的d_opt2及d_opt1之间的关系相似，条件式中的d_opt3与d_opt1也可以是一种迭代的关系，即本次调节过程的d_opt1可采用上次调节过程中的d_opt3，而本次调整的结果d_opt3也可作为下次调节过程的d_opt1。

通过根据目标物体3000的重量或形变量来调整柔性机械手指310的指尖距离，使柔性机械手300对目标物体3000有更好的适应性，从而提升抓取的成功率。

请参阅图8，在某些实施方式的控制方法中，柔性机械手300可包括2-6个柔性机械手指310。控制方法包括以下步骤：

S3，根据柔性机械手指310的数目计算指尖距离范围中的最小值、指尖距离范围中的最大值、最优指尖距离和/或修正指尖距离。

本实施方式中控制方法的步骤S3可由某些实施方式的控制装置100计算模块110实现。即计算模块110用于根据柔性机械手指310的数目计算指尖距离范围中的最小值、指尖距离范围中的最大值、最优指尖距离和/或修正指尖距离。

柔性机械手指310的数目不同，有可能会导致同一目标物体3000所能承受最大耐受挤压力不同。因此需根据柔性机械手指310的数目重新计算指尖距离范围中的最小值。指尖距离范围中的最大值、最优指尖距离和/或修正指尖距离也有可能不同，需根据柔性机械手指310的数目进行计算。

例如，在某些实施方式的控制方法中，步骤S1可采用以下条件式分别计算包括i个柔性机械手指310的柔性机械手300对同一目标物体3000的最大耐受挤压力F_i：

两根对向柔性机械手指310：F₂＝τ_max

三根均匀分布柔性机械手指310：F₃＝τ_max/(1+cos30°)＝0.536τ_max

四根均匀分布柔性机械手指310：F₄＝0.5τ_max

五根均匀分布柔性机械手指310：F₅＝τ_max/(2cos36°+sin36°+sin72°)＝0.317τ_max

六根均匀分布柔性机械手指310：F₆＝τ_max/2(1+cos30°)＝0.268τ_maxs

控制方法采用以下条件式分别计算包括i个柔性机械手指310的柔性机械手300的指尖距离范围中的最小值：

d_min-i＝d_max-i-(1/k_f+1/k_o)*F_i(4)

其中，d_max-i为使柔性机械手指310之间的挤压力等于目标物体3000的最大耐受挤压力时的指尖距离范围中的最大值，d_min-i为使指尖距离小于目标物体3000的最大尺寸的指尖距离范围中的最小值，k_f是柔性机械手指310的弹性系数，由手指柔性决定，k_o是目标物体3000的弹性系数，由目标物体3000的参数决定，i＝2，3，4，5，6。

在某些实施方式的控制装置100中，计算模块110可采用上述关于包括i个柔性机械手指310的柔性机械手300对同一目标物体3000的最大耐受挤压力F_i的条件式进行计算。控制模块130可采用条件式(4)计算包括i个柔性机械手指310的柔性机械手300的指尖距离范围中的最小值。

可以理解，根据上述条件式，柔性机械手指310的数目越多，每个柔性机械手指310对应的最大耐受挤压力F_i越小，从而每个柔性机械手指310的指尖距离范围中的最小值越大。

而且，包括不同数目柔性机械手指310的各种柔性机械手300对应的最大耐受挤压力之间有一定的比例关系，相应的，各种柔性机械手300对应的指尖距离范围中的最小值之间也有一定的比例关系，如此，只要计算出其中一种柔性机械手300的指尖距离范围中的最小值，就可快速得到其他种类柔性机械手300的指尖距离范围中的最小值，并进一步得到其他种类柔性机械手300的指尖距离范围中的最大值、最优指尖距离和修正指尖距离等。这样方便使控制装置100搭配包括不同数目柔性机械手指310的柔性机械手300。

请参阅图9，可在控制装置100设置输入模块150，用于接收用户输入，当控制模块130搭配不同数目柔性机械手指310的柔性机械手300时，通过接收用户输入的相应的柔性机械手指310的数目，由控制装置100的计算模块110来换算计算参数，从而快速计算出该柔性机械手300的指尖距离范围中的最小值、指尖距离范围中的最大值、最优指尖距离和修正指尖距离等。如此，大大提升了控制装置100与不同种类柔性机械手300搭配的灵活性和适用性，提高的效率。

请参阅图10-12，在某些实施方式的控制方法中，在步骤S2之后包括：

S4，控制柔性机械手300移动；

S5，检测目标物体3000及柔性机械手300；及

S6，若检测到目标物体3000未随柔性机械手300移动，判断为抓握失败，并控制柔性机械手指310张开以重新抓握。

本实施方式的控制方法可由某些实施方式的控制装置100的第一传感器120及控制模块130实现。第一传感器120与控制模块130连接。首先，控制模块130用于在柔性机械手300抓取目标物体3000后控制柔性机械手300移动；然后，第一传感器120用于检测目标物体3000及柔性机械手300并产生检测信号；最后，控制模块130用于根据检测信号判断抓取是否成功，并用于在抓取失败时控制柔性机械手指310张开以重新抓握。

若抓取成功，目标物体3000会随着柔性机械手300移动，或者说二者之间保持恒定的距离，若抓取失败，则目标物体3000与柔性机械手300之间的距离一般会发生变化。因此，通过检测目标物体3000与柔性机械手300的位置关系，即可判断抓取是否成功。若判断抓取失败，可控制柔性机械手300重新抓取。如此，提高了控制装置100及柔性机械手300的自动化程度，减少了人工干预，提升了抓取的成功率。

在某些实施方式中，第一传感器120可以是摄像头或距离传感器。摄像头可拍摄抓取并移动的过程，并对图像进行识别分析，可判断目标物体3000是否脱离柔性机械手300。距离传感器可设置于柔性机械手300上，并用于检测目标物体3000与柔性机械手300之间的距离，若此距离保持稳定且预定范围之内，可判断为抓取成功，若此距离发生变化且超出预定范围，可判断为抓取失败，并发送相应判断信号。控制模块130可根据判断信号控制柔性机械手300继续移动或重新抓取。

采用摄像头或距离传感器简易可行，且判断准度较高。

请参阅图13-14，在某些实施方式中，步骤S6包括：

S61，将上次抓握的指尖距离加上失败修正值作为本次抓握的指尖距离以重新抓握及移动。

步骤S61可由某些实施方式的控制装置100的失败修正模块170实现。失败修正模块170用于将上次抓握的指尖距离加上失败修正值作为本次抓握的指尖距离；控制模块130用于根据本次抓握的指尖距离控制柔性机械手300重新抓握及移动。

抓取失败的原因有可能是柔性机械手指310的指尖距离过大，导致柔性机械手指310与目标物体3000之间挤压力不够，也就是抓得不够紧导致目标物体3000脱落。因此，可以调整柔性机械手指310的指尖距离并重新抓取。如此，可提升重新抓取的成功率。

在某些实施方式的控制方法中，修正指尖距离包括第二重量修正距离，步骤S61可采用以下条件式计算第二重量修正距离：

d_opt5＝d_opt4+(d_min-d_opt4)ξ_G(5)

其中d_opt5为第二重量修正距离，d_opt4为上次抓取时的指尖距离，d_min为指尖距离范围中的最小值，ξ_G为重量修正系数，ξ_G＝m/m_max，m为目标物体3000的重量，m_max为柔性机械手300所能抓取的最大重量。

在某些实施方式的控制装置100中，失败修正模块170用于采用条件式(5)计算第二重量修正距离。

与条件式(2)类似，一般情况下，应保证目标的重量小于等于柔性机械手300所能抓取的最大重量，因此重量修正系数ξ_G大于0小于等于1，第一重量修正距离则介于第二重量修正距离d_opt5及上次抓取时的指尖距离d_opt4之间，且目标物体3000的重量越大，第二重量修正距离d_opt5也越小，也就是说修正的幅度也越大。

目标物体3000的重量可以是抓取前测得，并根据目标物体3000的重量计算出第二重量修正距离d_opt5，以采用d_opt5进行抓取。也可以在柔性机械手300上设置与控制模块130连接的测重装置，在抓取过程中测量目标物体3000的重量，以使控制模块130在抓取过程中实时将指尖距离调整为第二重量修正距离。

需要说明的是，与条件式(2)相比，条件式(4)更体现了是在上次抓取的指尖距离的基础上进行修正，也就是说d_opt5与d_opt4之间是迭代的关系，也体现了抓取是可以重复进行、不断调整的。本次抓取的柔性机械手指310的指尖距离，可能是由上次抓取的指尖距离进行修正得到的，而若本次抓取失败，本次抓取得的指尖距离，也可作为下次抓取的指尖距离的修正依据。

与上述实施方式中针对目标物体3000重量的修正，在某些实施方式的控制方法中，修正指尖距离包括第二形变修正距离，步骤S61可采用以下条件式计算第二形变修正距离：

d_opt6＝d_opt4+(d_min-d_opt4)ξ_D(6)

其中d_min为指尖距离范围中的最小值，d_opt6为第二形变修正距离，d_opt4为上次抓取时的指尖距离，ξ_D为形变修正系数，ξ_D大于等于0且小于等于1，ξ_D＝0时目标物体3000为完全刚性，ξ_D＝1时目标物体3000为完全可流动。

在某些实施方式的控制装置100中，失败修正模块170可采用条件式(6)计算第二形变修正距离。

可以理解，抓取时目标物体3000的形变量越大，会导致柔性机械手指310与目标物体3000之间的挤压力越小，因此需减小柔性机械手指310的指尖距离以增加挤压力。

形变修正系数ξ_D可以在抓取前测得，并计算出第二形变修正距离，以使控制模块130控制柔性机械手300以第一形变修正距离进行抓取。也可在柔性机械手300上或其他位置设置测量目标物体3000形变的与控制模块130连接的传感器，在抓取过程中测量目标物体3000形变的传感器测量目标物体3000的形变并计算目标物体3000的形变修正系数，或仅测量形变而由控制模块130计算形变修正系数，控制模块130再根据形变修正系数计算第二形变修正距离并根据第二形变修正距离在抓取过程中实时调整指尖距离。

条件式(6)中的d_opt6与d_opt4也是一种迭代的关系，可体现重复抓取的修正过程，即本次修正过程的d_opt4可采用上次修正过程中的d_opt6，而本次调整的结果d_opt6也可作为下次修正过程的d_opt4。

根据目标物体3000的重量或形变量来修正柔性机械手指310的指尖距离，是一种良好重复抓取自适应机制。当一次抓取失败后，即进行下一次抓取，且在原来抓取的柔性机械手指310指尖距离上根据目标物体3000的重量或形变量来增加修正值，且保证修正后的指尖距离仍大于指尖距离范围中的最小值以保证柔性机械手指310与目标物体3000之间的挤压力一直保持小于目标物体3000的最大耐受挤压力。不断修正，直至抓取成功。

如此，使柔性机械手300对目标物体3000有更好的适应性，可提升柔性机械手系统1000的自动化程度，从而提升抓取成功率及抓取效率。

请参阅图15-16，在某些实施方式中，控制方法在步骤S2之前包括：

S7，检测目标物体3000的位置及形状并根据形状判断目标物体3000的几何中心。

步骤S7可由某些实施方式的控制装置100实现。控制装置100可包括第二传感器140，第二传感器140用于检测目标物体3000的位置及形状并根据形状判断目标物体3000的几何中心。

第二传感器140可以是摄像头或距离传感器等。例如，采用摄像头拍摄目标物体3000的画面，在画面中识别目标物体3000的形状并计算目标物体3000轮廓的几何中心。距离传感器可测量目标物体3000与柔性机械手300之间的距离，从而帮助确定目标物体3000的位置。

在某些实施方式中，第二传感器与第一传感器可以是同一个传感器，例如是摄像头或深度传感器，或者第二传感器与第一传感器集成于同一个传感装置。如此，一方面，可在抓取前可检测目标物体3000的形状并判断目标物体3000的几何中心以更好地进行抓取，另一方面，在抓取过程中可通过拍摄的画面判断目标物体3000有没有脱离机械手300以判断抓取失败与否。如此，同一个传感器或传感装置可实现两个或两个以上的功能，有助于简化控制装置100。

检测目标物体3000的位置及形状并根据形状判断目标物体3000的几何中心可方便柔性机械手300快速找到目标物体3000并抓取。

请参阅图17，在某些实施方式中，控制方法可包括：

S8，根据位置及几何中心移动柔性机械手300靠近目标物体3000并使柔性机械手指310抓握时形成的空间的中心与几何中心重合。

在某些实施方式中的控制装置100中，步骤S8可由控制模块130实现。控制模块130可与第二传感器140连接，控制模块130用于根据第二传感器140检测到的位置及几何中心移动柔性机械手300靠近目标物体3000并使柔性机械手指310抓握时形成的空间的中心与几何中心重合。

如此，可控制柔性机械手300更准确地移动并靠近目标物体3000，并可在抓取的过程中减少目标物体3000的位移，提升抓取的准确率及成功率。

请参阅图2，本发明实施方式的柔性机械手系统1000可包括柔性机械手300及上述实施方式的控制装置100。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (31)

1.一种控制方法，其特征在于，所述控制方法用于控制柔性机械手抓取目标物体，所述柔性机械手包括至少两个柔性机械手指，所述控制方法包括以下步骤：

计算步骤，根据所述柔性机械手的参数及所述目标物体的参数计算适合于抓取所述目标物体的所述柔性机械手指的指尖距离范围；及

第一控制步骤，控制所述柔性机械手在所述指尖距离范围内抓取所述目标物体；及

第二控制步骤，在抓取过程中根据所述目标物体的参数调整所述柔性机械手指的指尖距离。

2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述计算步骤包括：

根据所述柔性机械手的参数及所述目标物体的参数计算所述指尖距离与挤压力的关系，所述挤压力为所述柔性机械手指抓取过程中施加到所述目标物体上的作用力；及

根据所述关系确定所述指尖距离范围中的最小值以使所述指尖距离范围对应的所述挤压力小于所述目标物体的最大耐受挤压力。

3.如权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述第一控制步骤控制所述柔性机械手以最优指尖距离抓取所述目标物体；

所述第一控制步骤采用以下条件式计算所述最优指尖距离：

d_opt1＝d_max+(d_min-d_max)α

其中，d_opt1为所述最优指尖距离，d_min为所述指尖距离范围中的最小值，d_max为所述指尖距离范围中的最大值，且小于所述目标物体的最大尺寸，α为保证所述柔性机械手指与所述目标物体之间产生足够摩擦力以避免所述目标物体滑落的安全系数，α大于等于0且小于等于1。

4.如权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述目标物体的参数包括所述目标物体的重量及形变量；

所述第二控制步骤在所述抓取过程中根据所述目标物体的重量和/或形变量调整所述指尖距离至修正指尖距离。

5.如权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述修正指尖距离包括第一重量修正距离；

所述第二控制步骤采用以下条件式计算所述第一重量修正距离：

d_opt2＝d_opt1+(d_min-d_opt1)ξ_G

其中，d_opt2为所述第一重量修正距离，ξ_G为重量修正系数，ξ_G＝m/m_max，m为所述目标物体的重量，m_max为所述柔性机械手所能抓取的最大重量。

6.如权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述修正指尖距离包括第一形变修正距离；

所述第二控制步骤采用以下条件式计算所述第一形变修正距离：

d_opt3＝d_opt1+(d_min-d_opt1)ξ_D，

其中d_opt3为所述第一形变修正距离，ξ_D为形变修正系数，ξ_D大于等于0且小于等于1，ξ_D＝0时所述目标物体为完全刚性，ξ_D＝1时所述目标物体为完全可流动。

7.如权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述柔性机械手指的数目包括2-6个；

所述计算步骤包括：

根据所述柔性机械手指的数目计算所述指尖距离范围中的最小值、所述指尖距离范围中的最大值、所述最优指尖距离和/或所述修正指尖距离。

8.如权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述计算步骤采用以下条件式分别计算所述柔性机械手指的数目为i时所述目标物体的最大耐受挤压力F_i：

两根对向柔性机械手指：F₂＝τ_max

三根均匀分布柔性机械手指：F₃＝τ_max/(1+cos30°)＝0.536τ_max

四根均匀分布柔性机械手指：F₄＝0.5τ_max

五根均匀分布柔性机械手指：F₅＝τ_max/(2cos36°+sin36°+sin72°)＝0.317τ_max

六根均匀分布柔性机械手指：F₆＝τ_max/2(1+cos30°)＝0.268τ_max

其中，i为自然数，且大于等于2而小于等于6；

所述计算步骤采用以下条件式分别计算所述柔性机械手指的数目为i时所述指尖距离范围中的最小值d_min-i：

d_min-i＝d_max-i-(1/k_f+1/k_o)*F_i其中，d_max-i为所述柔性机械手指的数目为i时所述指尖距离范围中的最大值d_max-i，k_f是所述柔性机械手指的弹性系数，k_o是所述目标物体的弹性系数。

9.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法在所述第一控制步骤之后包括：

第三控制步骤，控制所述柔性机械手移动；

检测步骤，检测所述目标物体及所述柔性机械手；及

第四控制步骤，若检测到所述目标物体未随所述柔性机械手移动，判断为抓握失败，并控制所述柔性机械手指张开以重新抓握。

10.如权利要求9所述的控制方法，其特征在于，所述第四控制步骤包括：

失败修正步骤，根据上次所述指尖距离加上失败修正值计算本次所述修正指尖距离以重新抓握及移动。

11.如权利要求10所述的控制方法，其特征在于，本次所述修正指尖距离包括第二重量修正距离，所述失败修正步骤可采用以下条件式计算所述第二重量修正距离：

d_opt5＝d_opt4+(d_min-d_opt4)ξ_G

其中，d_opt5为所述第二重量修正距离，d_opt4为上次所述指尖距离，d_min为所述指尖距离范围中的最小值，ξ_G为重量修正系数，ξ_G＝m/m_max，m为所述目标物体的重量，m_max为所述柔性机械手所能抓取的最大重量。

12.如权利要求10所述的控制方法，其特征在于，所述修正指尖距离包括第二形变修正距离，所述失败修正步骤可采用以下条件式计算所述第二形变修正距离：

d_opt6＝d_opt4+(d_min-d_opt4)ξ_D

其中d_min为所述指尖距离范围中的最小值，d_opt6为所述第二形变修正距离，d_0pt4为上次抓取时的所述指尖距离，ξ_D为形变修正系数，ξ_D大于等于0且小于等于1，ξ_D＝0时所述目标物体为完全刚性，ξ_D＝1时所述目标物体为完全可流动。

13.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法在所述控制步骤之前包括：

检测所述目标物体的位置及形状并根据所述形状判断所述目标物体的几何中心。

14.如权利要求13所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：

根据所述位置及所述几何中心移动所述柔性机械手靠近所述目标物体并使所述柔性机械手指抓握时形成的空间的中心与所述几何中心重合。

15.一种控制装置，其特征在于，所述控制装置控制柔性机械手抓取目标物体，所述柔性机械手包括至少两个柔性机械手指，所述控制装置包括：

计算模块，用于根据所述柔性机械手的参数及所述目标物体的参数计算适合于抓取所述目标物体的所述柔性机械手指的指尖距离范围；及

控制模块，用于控制所述柔性机械手在所述指尖距离范围内抓取所述目标物体，及用于在抓取过程中根据所述目标物体的参数调整所述柔性机械手指的指尖距离。

16.如权利要求15所述的控制装置，其特征在于，所述计算模块还用于根据所述柔性机械手的参数及所述目标物体的参数计算所述指尖距离与挤压力的关系，所述挤压力为所述柔性机械手指抓取过程中施加到所述目标物体上的作用力，及用于根据所述关系确定所述指尖距离范围中的最小值以使所述指尖距离范围对应的所述挤压力小于所述目标物体的最大耐受挤压力。

17.如权利要求16所述的控制装置，其特征在于，

所述控制模块用于控制所述柔性机械手以最优指尖距离抓取所述目标物体；

所述控制模块用于采用以下条件式计算所述最优指尖距离：

d_opt1＝d_max+(d_min-d_max)α

其中，d_opt1为所述最优指尖距离，d_min为所述指尖距离范围中的最小值，d_max为所述指尖距离范围中的最大值，且小于所述目标物体的最大尺寸，α为保证所述柔性机械手指与所述目标物体之间产生足够摩擦力以避免所述目标物体滑落的安全系数，α大于等于0且小于等于1。

18.如权利要求17所述的控制装置，其特征在于，

所述目标物体的参数包括所述目标物体的重量及形变量；所述控制模块用于在所述抓取过程中根据所述目标物体的重量和/或形变量调整所述指尖距离至修正指尖距离。

19.如权利要求18所述的控制装置，其特征在于，

所述修正指尖距离包括第一重量修正距离；所述控制模块采用以下条件式计算所述第一重量修正距离：

d_opt2＝d_opt1+(d_min-d_opt1)ξ_G

其中，d_opt2为所述第一重量修正距离，ξ_G为重量修正系数，ξ_G＝m/m_max，m为所述目标物体的重量，m_max为所述柔性机械手所能抓取的最大重量。

20.如权利要求18所述的控制装置，其特征在于，所述修正指尖距离包括第一形变修正距离；

所述控制模块采用以下条件式计算所述第一形变修正距离：

d_opt3＝d_opt1+(d_min-d_opt1)ξ_D，

其中d_opt3为所述第一形变修正距离，ξ_D为形变修正系数，ξ_D大于等于0且小于等于1，ξ_D＝0时所述目标物体为完全刚性，ξ_D＝1时所述目标物体为完全可流动。

21.如权利要求18所述的控制装置，其特征在于，所述柔性机械手指的数目包括2-6个；

所述计算模块用于根据所述柔性机械手指的数目计算所述指尖距离范围中的最小值、所述指尖距离范围中的最大值、所述最优指尖距离和/或所述修正指尖距离。

22.如权利要求21所述的控制装置，其特征在于，所述计算模块采用以下条件式分别计算包括i个所述柔性机械手指的所述柔性机械手对同一所述目标物体的最大耐受挤压力F_i：

两根对向柔性机械手指：F₂＝τ_max

三根均匀分布柔性机械手指：F₃＝τ_max/(1+cos30°)＝0.536τ_max

四根均匀分布柔性机械手指：F₄＝0.5τ_max

五根均匀分布柔性机械手指：F₅＝τ_max/(2cos36°+sin36°+sin72°)＝0.317τ_max

六根均匀分布柔性机械手指：F₆＝τ_max/2(1+cos30°)＝0.268τ_max

其中，i为自然数，且大于等于2而小于等于6；

所述计算步骤采用以下条件式分别计算所述柔性机械手指的数目为i时所述指尖距离范围中的最小值d_min-i：

d_min-i＝d_max-i-(1/k_f+1/k_o)*F其中，d_max-i为所述柔性机械手指的数目为i时所述指尖距离范围中的最大值d_max-i，k_f是所述柔性机械手指的弹性系数，k_o是所述目标物体的弹性系数。

23.如权利要求15所述的控制装置，其特征在于，所述控制装置包括与所述控制模块连接的第一传感器；

所述控制模块用于在所述柔性机械手抓取所述目标物体后控制所述柔性机械手移动；

所述第一传感器用于检测所述目标物体及所述柔性机械手并产生检测信号；

所述控制模块还用于根据所述检测信号判断抓取是否成功，并用于在抓取失败时控制所述柔性机械手指张开以重新抓握。

24.如权利要求23所述的控制装置，其特征在于，所述第一传感器包括摄像头或距离传感器。

25.如权利要求23所述的控制装置，其特征在于，所述控制装置包括失败修正模块，所述失败修正模块计算模块用于将上次抓握的所述指尖距离加上失败修正值作为本次抓握的所述指尖距离；

所述控制模块用于根据所述本次抓握的所述指尖距离控制所述柔性机械手重新抓握及移动。

26.如权利要求25所述的控制装置，其特征在于，所述修正指尖距离包括第二重量修正距离，所述失败修正模块可采用以下条件式计算所述第二重量修正距离：

d_opt5＝d_opt4+(d_min-d_opt4)ξ_G

其中，d_opt5为所述第二重量修正距离，d_opt4为上次所述指尖距离，d_min为所述指尖距离范围中的最小值，ξ_G为重量修正系数，ξ_G＝m/m_max，m为所述目标物体的重量，m_max为所述柔性机械手所能抓取的最大重量。

27.如权利要求25所述的控制装置，其特征在于，所述修正指尖距离包括第二形变修正距离，所述失败修正模块可采用以下条件式计算所述第二形变修正距离：

d_opt6＝d_opt4+(d_min-d_opt4)ξ_D

其中d_min为所述指尖距离范围中的最小值，d_opt6为所述第二形变修正距离，d_opt4为上次抓取时的所述指尖距离，ξ_D为形变修正系数，ξ_D大于等于0且小于等于1，ξ_D＝0时所述目标物体为完全刚性，ξ_D＝1时所述目标物体为完全可流动。

28.如权利要求15所述的控制装置，其特征在于，所述控制装置所述第二传感器；

检测所述目标物体的位置及形状并根据所述形状判断所述目标物体的几何中心。

29.如权利要求28所述的控制装置，其特征在于，所述第二传感器包括摄像头或距离传感器。

30.如权利要求28所述的控制装置，其特征在于，所述控制模块用于根据所述位置及所述几何中心移动所述柔性机械手靠近所述目标物体并使所述柔性机械手指抓握时形成的空间的中心与所述几何中心重合。

31.一种柔性机械手系统，其特征在于，包括所述柔性机械手及如权利要求15-30任意一项的所述控制装置。