涉及水下靈巧手，具體涉及腱繩驅(qū)動的水下靈巧手。

背景技術(shù)：

1、隨著世界經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展與人口的不斷增加，人類對資源的需求越來越多。為了解決資源能源問題，人類開始探索海洋來尋求生存與發(fā)展。海洋中的資源占全球資源總量的71％。為滿足我國探測開發(fā)海洋資源與發(fā)展深海作業(yè)技術(shù)的戰(zhàn)略需要、進(jìn)一步發(fā)展海洋強(qiáng)國基本戰(zhàn)略，作業(yè)型水下機(jī)器人成為現(xiàn)階段水下作業(yè)較為有效的手段。其可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工方式來滿足深海作業(yè)的需求，實現(xiàn)深海大范圍的連續(xù)作業(yè)，能夠更加有效地開發(fā)海洋資源并實現(xiàn)復(fù)雜環(huán)境下的作業(yè)需要。

2、目前作業(yè)型水下機(jī)器人存在如下問題：

3、作業(yè)型水下機(jī)器人的末端執(zhí)行器作業(yè)方式主要依靠機(jī)械手來進(jìn)行。目前常見的水下機(jī)械手一般是由兩個或三個單自由度的手指組成，這種機(jī)械手存在著抓取方式單一、靈活性差的缺點。

4、根據(jù)水下作業(yè)任務(wù)的不同需要，常規(guī)的作業(yè)型水下機(jī)器人配備的執(zhí)行器很難完成相對復(fù)雜的水下抓取任務(wù)。例如對水下生物進(jìn)行抓取作業(yè)時，因不同的水下生物形狀多樣、質(zhì)地各異，常規(guī)的水下機(jī)械手很難對水下生物進(jìn)行高效無損的自適應(yīng)抓取。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的，現(xiàn)有的作業(yè)型水下機(jī)器人存在抓取方式單一、靈活性差的缺點，并且，常規(guī)的水下機(jī)械手很難對水下生物進(jìn)行高效無損的自適應(yīng)抓取的技術(shù)問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：

2、一種腱繩驅(qū)動的水下靈巧手，包括手掌、拇指、食指、中指、無名指和小指，其特征在于：

3、所述食指、中指、無名指和小指包括：遠(yuǎn)指節(jié)、中指節(jié)、近指節(jié)，模仿人類的指關(guān)節(jié)；

4、所述拇指包括近指節(jié)和遠(yuǎn)指節(jié)，模仿人類的指關(guān)節(jié)；

5、所述手掌模仿人類的手掌形態(tài)，分別連接所述拇指、食指、中指、無名指和小指的近指節(jié)。

6、進(jìn)一步，提供一個優(yōu)選實施方式，所述遠(yuǎn)指節(jié)包括遠(yuǎn)指骨、六軸力傳感器和指尖壓塊，六軸力傳感器安裝在遠(yuǎn)指骨的前端，指尖壓塊安裝在六軸力傳感器的前端。

7、進(jìn)一步，提供一個優(yōu)選實施方式，所述中指節(jié)包括中指骨和遠(yuǎn)關(guān)節(jié)，中指骨通過遠(yuǎn)關(guān)節(jié)與遠(yuǎn)指節(jié)連接。

8、進(jìn)一步，提供一個優(yōu)選實施方式，所述遠(yuǎn)關(guān)節(jié)包括槽輪、軸承和端蓋，所述槽輪設(shè)置在中指骨的末端，軸承安裝在槽輪內(nèi)，端蓋封閉所述遠(yuǎn)關(guān)節(jié)。

9、進(jìn)一步，提供一個優(yōu)選實施方式，所述近指節(jié)包括近指骨和基關(guān)節(jié)，近指骨通過中關(guān)節(jié)與中指節(jié)連接，基關(guān)節(jié)相對所述手掌，具有彎曲和側(cè)擺的自由度。

10、進(jìn)一步，提供一個優(yōu)選實施方式，還包括驅(qū)動模塊，驅(qū)動模塊通過腱繩連接到拇指、食指、中指、無名指和小指。

11、基于同一發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提供了腱繩驅(qū)動的水下靈巧手的控制方法，所述方法是基于所述的一種腱繩驅(qū)動的水下靈巧手實現(xiàn)的，包括以下步驟：

12、進(jìn)行系統(tǒng)初始化和參數(shù)預(yù)設(shè)的步驟；

13、對所述靈巧手進(jìn)行運(yùn)動學(xué)建模的步驟；

14、實時采集拇指、食指、中指、無名指和小指中，各關(guān)節(jié)的力和位置數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波和去噪處理，并校正模型誤差的步驟；

15、根據(jù)所述力和位置數(shù)據(jù)得到控制信號，并輸出控制信號的步驟。

16、基于同一發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提供了計算機(jī)儲存介質(zhì)，用于儲存計算機(jī)程序，當(dāng)所述計算機(jī)程序被計算機(jī)讀取時，所述計算機(jī)執(zhí)行所述的方法。

17、基于同一發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提供了計算機(jī)，包括處理器和儲存介質(zhì)，當(dāng)所述處理器讀取所述儲存介質(zhì)中儲存的計算機(jī)程序時，所述計算機(jī)執(zhí)行所述的方法。

18、基于同一發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提供了計算機(jī)程序產(chǎn)品，作為計算機(jī)程序，當(dāng)所述計算機(jī)程序被執(zhí)行時，實現(xiàn)所述的方法。

19、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的技術(shù)方案的有益之處在于：

20、本發(fā)明提供的一種腱繩驅(qū)動的水下靈巧手，通過系統(tǒng)初始化和參數(shù)設(shè)置步驟中，加載必要的庫和驅(qū)動程序，設(shè)置靈巧手的初始參數(shù)，確保所有組件正常連接，為后續(xù)的精確控制打下基礎(chǔ)。這種方式使靈巧手在不同環(huán)境下都能保持穩(wěn)定的性能，提高了抓取的靈活性。相比于傳統(tǒng)的水下機(jī)械手，此方法能夠更好地適應(yīng)多變的水下環(huán)境。

21、本發(fā)明提供的一種腱繩驅(qū)動的水下靈巧手，通過運(yùn)動學(xué)建模步驟使用d-h參數(shù)法建立靈巧手的運(yùn)動學(xué)模型，計算每個手指關(guān)節(jié)的初始位置和姿態(tài)。該方式確保了手指運(yùn)動的精確性和協(xié)調(diào)性，使靈巧手能夠完成復(fù)雜的抓取任務(wù)。與其他研究中的簡化模型相比，該方法提供了更高的精度和可靠性。

22、本發(fā)明提供的一種腱繩驅(qū)動的水下靈巧手，通過傳感器數(shù)據(jù)采集與處理步驟通過啟動力傳感器和位置傳感器，實時采集手指各關(guān)節(jié)的力和位置數(shù)據(jù)，并進(jìn)行濾波和去噪處理，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。這種方式使得靈巧手在抓取過程中能夠?qū)崟r調(diào)整，避免因數(shù)據(jù)誤差導(dǎo)致的抓取失敗。相比于其他水下機(jī)械手系統(tǒng)中缺乏實時校正功能的設(shè)計，本方案顯著提升了抓取成功率。

23、本發(fā)明提供的一種腱繩驅(qū)動的水下靈巧手，通過控制算法執(zhí)行步驟根據(jù)實時傳感器數(shù)據(jù)計算各個關(guān)節(jié)的控制信號，使用pid控制算法調(diào)整電機(jī)驅(qū)動，確保手指按預(yù)定軌跡運(yùn)動。這種方式使得靈巧手在不同抓取任務(wù)中都能精確控制腱繩張力和關(guān)節(jié)角度，提高了操作的準(zhǔn)確性和靈活性。相比于傳統(tǒng)機(jī)械手中的簡單控制策略，本方案能夠處理更復(fù)雜的抓取任務(wù)。

24、本發(fā)明提供的一種腱繩驅(qū)動的水下靈巧手，通過反饋調(diào)整與優(yōu)化步驟通過監(jiān)控手指抓取過程中傳感器反饋數(shù)據(jù)，分析抓取效果，并根據(jù)反饋數(shù)據(jù)調(diào)整控制參數(shù)，優(yōu)化抓取力和關(guān)節(jié)運(yùn)動軌跡。這種方式使得靈巧手能夠在不同任務(wù)中不斷優(yōu)化自身性能，提升抓取效果。與現(xiàn)有研究中缺乏反饋優(yōu)化的設(shè)計相比，本方案能夠在長期使用中保持高效和穩(wěn)定的性能。

25、本發(fā)明提供的一種腱繩驅(qū)動的水下靈巧手，適合應(yīng)用于通過機(jī)械手實現(xiàn)水下生物進(jìn)行高效無損的自適應(yīng)抓取的工作中。

技術(shù)特征：

1.一種腱繩驅(qū)動的水下靈巧手，包括手掌、拇指、食指、中指、無名指和小指，其特征在于：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種腱繩驅(qū)動的水下靈巧手，其特征在于，所述遠(yuǎn)指節(jié)包括遠(yuǎn)指骨、六軸力傳感器和指尖壓塊，六軸力傳感器安裝在遠(yuǎn)指骨的前端，指尖壓塊安裝在六軸力傳感器的前端。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種腱繩驅(qū)動的水下靈巧手，其特征在于，所述中指節(jié)包括中指骨和遠(yuǎn)關(guān)節(jié)，中指骨通過遠(yuǎn)關(guān)節(jié)與遠(yuǎn)指節(jié)連接。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種腱繩驅(qū)動的水下靈巧手，其特征在于，所述遠(yuǎn)關(guān)節(jié)包括槽輪、軸承和端蓋，所述槽輪設(shè)置在中指骨的末端，軸承安裝在槽輪內(nèi)，端蓋封閉所述遠(yuǎn)關(guān)節(jié)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種腱繩驅(qū)動的水下靈巧手，其特征在于，所述近指節(jié)包括近指骨和基關(guān)節(jié)，近指骨通過中關(guān)節(jié)與中指節(jié)連接，基關(guān)節(jié)相對所述手掌，具有彎曲和側(cè)擺的自由度。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種腱繩驅(qū)動的水下靈巧手，其特征在于，還包括驅(qū)動模塊，驅(qū)動模塊通過腱繩連接到拇指、食指、中指、無名指和小指。

7.腱繩驅(qū)動的水下靈巧手的控制方法，其特征在于，所述方法是基于權(quán)利要求1所述的一種腱繩驅(qū)動的水下靈巧手實現(xiàn)的，包括以下步驟：

8.計算機(jī)儲存介質(zhì)，用于儲存計算機(jī)程序，其特征在于，當(dāng)所述計算機(jī)程序被計算機(jī)讀取時，所述計算機(jī)執(zhí)行權(quán)利要求7所述的方法。

9.計算機(jī)，包括處理器和儲存介質(zhì)，其特征在于，當(dāng)所述處理器讀取所述儲存介質(zhì)中儲存的計算機(jī)程序時，所述計算機(jī)執(zhí)行權(quán)利要求7所述的方法。

10.計算機(jī)程序產(chǎn)品，作為計算機(jī)程序，其特征在于，當(dāng)所述計算機(jī)程序被執(zhí)行時，實現(xiàn)權(quán)利要求7所述的方法。

技術(shù)總結(jié)
一種腱繩驅(qū)動的水下靈巧手，涉及水下靈巧手技術(shù)領(lǐng)域。為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的，現(xiàn)有的作業(yè)型水下機(jī)器人存在抓取方式單一、靈活性差的缺點，并且，常規(guī)的水下機(jī)械手很難對水下生物進(jìn)行高效無損的自適應(yīng)抓取的技術(shù)問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：一種腱繩驅(qū)動的水下靈巧手，包括手掌、拇指、食指、中指、無名指和小指，其特征在于：所述食指、中指、無名指和小指包括：遠(yuǎn)指節(jié)、中指節(jié)、近指節(jié)，模仿人類的指關(guān)節(jié)；所述拇指包括近指節(jié)和遠(yuǎn)指節(jié)，模仿人類的指關(guān)節(jié)；所述手掌模仿人類的手掌形態(tài)，分別連接所述拇指、食指、中指、無名指和小指的近指節(jié)。適合應(yīng)用于通過機(jī)械手實現(xiàn)水下生物進(jìn)行高效無損的自適應(yīng)抓取的工作中。

技術(shù)研發(fā)人員：石健,黃海,歐知欣,姜濤,胡敬偉,李雋慷
受保護(hù)的技術(shù)使用者：哈爾濱工程大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/11/18