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申请/专利权人：浙江大学

摘要：本发明公开了一种适用于柔性气动夹爪的抓取力闭环控制方法。方法包括将薄膜压力传感器贴附在柔性气动夹爪的末端，获取压力传感器的电压信号；经过传感器标定和卡尔曼滤波步骤后，得到夹爪的抓取力大小和分布情况；接下来计算平均抓取力与期望抓取力之间的误差，作为控制器的输入；设计抓取力双闭环控制器，其中外环为带死区的增量式PID抓取力控制器，内环为位置式PID气泵空气压强控制器；将上述力感知、处理、控制的过程循环进行，即可实现柔性气动夹爪的抓取力闭环控制。本发明用于机器人自动化抓取柔性、易损、可变形的农产品或食品，有效防止抓取过程中造成的损伤、早期瘀伤等情况，有望在农产品或食品加工生产线上得到实际应用。

主权项：1.一种适用于柔性气动夹爪的抓取力闭环控制方法，其特征在于：方法采用机器人抓取系统，所述系统包括压力传感器、柔性气动夹爪、气泵、机械臂和计算机，柔性气动夹爪安装在机械臂的末端，压力传感器和气泵均设置在柔性气动夹爪上，压力传感器和气泵均与计算机之间电连接，压力传感器用于测定柔性气动夹爪的抓取力值，气泵用于为柔性气动夹爪提供驱动力；方法包括以下步骤：步骤S1、首先使用压力传感器、柔性气动夹爪和气泵搭建机器人抓取系统；步骤S2、接着，使用质构仪对压力传感器施加压力，对压力传感器进行标定以确定压力传感器的增益和偏置，并根据增益和偏置得到夹爪抓取力与压力传感器输出电压的线性对应关系；步骤S3、使用带死区的增量式PID控制器作为双闭环控制器的控制外环，通过控制外环对柔性气动夹爪的抓取力进行控制；所述步骤S3具体为：步骤S31、利用计算机实时采集压力传感器的输出电压信号，并通过抓取力与输出电压的线性对应关系获取实时的夹爪抓取力信号；步骤S32、利用卡尔曼滤波方法，对夹爪抓取力信号中的噪声成分进行滤除，得到预测抓取力信号；步骤S33、设计带死区的增量式PID控制器，将预测的抓取力与期望抓取力作差，并将差值作为增量式PID控制器的输入，输出气泵空气压强的补偿量，通过气泵空气压强的补偿量控制气泵输出给夹爪的压强大小；所述的步骤S33具体包括以下步骤：步骤S3301、首先，在计算机中定义一个带死区的增量式PID控制器；步骤S3302、接着，将期望抓取力与抓取力预测值的差值作为误差值efk： 其中，Fd表示预设的期望抓取力；步骤S3303、利用增量式PID控制器的死区，按照以下公式对误差值efk进行更新； 其中，E0表示增量式PID控制器控制死区的范围；步骤S3304、将更新后的误差值输入增量式PID控制器，输出气泵空气压强的补偿量，气泵空气压强的补偿量Δpdk的表达式如下： 其中，和分别表示增量式PID控制器的比例项、积分项、微分项的系数；步骤S3305、利用空气压强的补偿量Δpdk对气泵的输出压强进行调整，当前时刻k气泵压强的变化值等同于空气压强的补偿量Δpdk；步骤S4、使用位置式PID控制器作为双闭环控制器的控制内环，根据控制外环的输出值，进一步对气泵的空气压强进行调整，从而调整夹爪的抓取力；步骤S5、重复执行步骤S3～步骤S4，进而实现对不同时刻下夹爪抓取力的控制。

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