CN105690388B - 一种腱驱动机械手腱张力约束阻抗控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种腱驱动机械手腱张力约束阻抗控制方法及装置，根据手指指尖当前位置和物体的期望接触点进行机械手自由空间中的关节角位置路径规划；获得期望笛卡尔位置；在与物体接触后由阻抗控制将期望和实际指尖接触力之差修正为笛卡尔位置补偿量；期望笛卡尔位置和笛卡尔位置补偿量求和获得新的笛卡尔位置，转化为关节力矩；关节力矩由张力分配模块转换为期望腱张力，由张力控制模块基于合适的控制律把期望腱张力和实际腱张力的偏差转化为位置偏差，把该位置偏差输送给腱驱动器进行控制。本发明通过约束腱张力，降低腱的磨损，提高系统的寿命，可应用于以腱为传动方式的多关节机械臂、灵巧手假肢和末端执行器等多关节多连杆机构中。

Description

一种腱驱动机械手腱张力约束阻抗控制方法及装置

技术领域

本发明机器人控制技术领域，尤其指代一种腱驱动机械手腱张力约束笛卡尔空间阻抗控制方法和装置。

背景技术

机械手为模仿手、臂的特定功能的一种自动机械，因此泛指机械臂、末端执行器、灵巧手指等多关节多连杆操作机构。腱驱动型机械手是利用腱绳进行传动的机械手，允许驱动器放置于机械手结构体的外部，可以减小机械手体积和重量，从而提高了机械手的灵巧性，同时也在驱动器选型方面给机构设计者提供了更多灵活性。

由于腱只可以传递张力，因此为了获得完全独立的自由度控制，必须要保证驱动器的数量多于自由度的个数。有多种腱配置方式，在配置合理的情况下，N+1型腱能够独立控制N个自由度，同时保证腱具有正张力。该腱配置方式简化了机构，但由于这种方式在减少腱绳数量的同时引入了关节位置和腱绳的耦合问题，因此控制器的设计非常复杂。在装配应用中机械手需要与非结构环境物理接触，因此机械手的力矩控制能力非常重要。研究者们提出多种控制策略来解决耦合腱驱动机械手的力矩控制问题。这些控制策略由张力分配算法和控制律两部分组成。张力分配算法是确定一组腱张力的过程，目的是产生期望的一组关节力矩，同时解决驱动的冗余问题。该冗余可以生成张力的零空间，用来保证所有腱具有正张力。

目前已有的控制律根据是否使用腱张力反馈进行分类。无腱张力反馈的控制方法包括计算力矩法、其它能够预测或估计系统参数的智能方法，这些方法对于能够精确建模运动和力矩关系的系统是可行的，但机械手需要抓握或操作的是各种可能的物体，其接触表面特性差别很大，因此这些方法只能获得粗略的腱张力控制，经常产生更高的内张力，导致腱的磨损，增加摩擦力降低性能，因此这些方法难以实现精确的操作。采用张力反馈的腱空间控制器忽略腱的动力学，利用张力分配算法将期望的关节力矩转换为期望的腱张力，然后为每根腱使用独立的张力调节器。例如Salisbury和Craig在Stanford/JPL手上实现了腱空间控制律，Starr在Stanford/JPL手通过采用腱-导管间歇模型实现了类似算法，2N型POSTECH手和Utah/MIT手等灵巧手也采用了该算法。然而采用该种方式的控制器在手指动力学中引入了瞬态耦合，即某个关节的控制或扰动可能导致另一个关节的不期望的响应。

为了稳定可靠地抓握物体，腱驱动机械手的控制应能合理的调节关节的柔顺性和力矩。相对于传统的齿轮传动，腱驱动的难点在于设计一个控制器使其能够按照期望的位置运动同时保证腱的张力保持在期望的范围之内。腱只能传递张力，而且有一定的延迟，以及机构对腱的摩擦以及腱的其它未建模动力学等因素也都影响着腱驱动机械手操作控制算法的设计。总的来说，现有的控制算法，仍不能完全满足机械手灵巧操作和强力抓持操作的要求。

发明内容

针对于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种腱驱动机械手腱张力约束阻抗控制方法及装置，以解决现有技术中只能获得粗略的腱张力控制，难以实现精确的操作，不能完全满足机械手灵巧操作和强力抓持操作的要求的问题。

为达到上述目的，本发明的一种腱驱动机械手腱张力约束阻抗控制方法，包括步骤如下：

步骤1：由路径规划模块进行机械手单指自由空间中的关节角位置路径规划；输入由操作对象特性规划得到的灵巧手单指运动的期望接触力；经正运动解算模块转化为期望的指尖笛卡尔位置；并且设定腱张力约束范围和接触力阈值；

步骤2：根据接触力传感器测量得到的接触力值与接触力阈值比较确定灵巧手和物体之间的接触状态，若接触力值小于接触力阈值则表示机械手位于自由空间，设置输出接触力误差F_e为0；否则由腱张力比较器比较期望指尖接触力和实际指尖接触力传感器所测接触力之间的差别得到约束空间接触力误差F_e；阻抗控制模块将接触力误差F_e修正为笛卡尔位置X_f，对期望的位置X_d进行补偿得到期望的笛卡尔位置X_r＝X_d+X_f；期望笛卡尔位置经过逆运动学解算模块转换为期望关节角位置θ_r，与手指的实际关节角位置θ_a进行比较得到关节角位置偏差θ_e＝θ_r-θ_a；然后通过关节刚度比例模块将关节角位置偏差转化为关节力矩，该关节力矩由张力分配模块转换为期望腱张力；然后由腱张力比较器比较期望腱张力和实际由腱张力传感器输出的腱张力的偏差，根据该腱张力的偏差由张力控制模块基于合适的控制律把张力的偏差转化为位置偏差，把该位置偏差输送给腱驱动器进行控制。

优选地，上述步骤1中的机械手单指自由空间中的关节角位置路径规划采用一般多关节机械臂的关节角位置路径规划方法进行，得到期望的关节角轨迹，由路径规划模块实现；关节角位置到操作空间指尖的位置由常规的机器人正运动学方法计算即可，具体由正运动解算模块实现。

优选地，上述步骤1中的接触力阈值由接触力传感器的噪声特性确定，高于该接触力阈值则表示接触物体。

优选地，上述步骤2中的指尖接触力通过根据外界阻抗特性选定合适参数的阻抗控制方法将其转化为位置的修正值来保证，具体由阻抗控制模块实现。

优选地，上述步骤2中的逆运动学解算模块将补偿后的期望笛卡尔位置转换为期望的关节角位置。

优选地，上述步骤2中的逆运动学解算模块通过非线性函数数值解法将补偿后的期望笛卡尔位置转换为期望的关节角位置。

优选地，上述步骤2中的关节角位置偏差通过关节刚度比例模块和考虑张力约束的张力分配转化了腱张力期望值。

优选地，上述步骤2中的张力分配模块将关节力矩转换为腱空间的力，具体考虑了腱张力约束范围，保证腱张力处于一个根据实际需求设定的最小和最大正值之间；最小值保证腱绳处于张紧状态，最大值由具体采用腱绳的材质的张力限制决定，保护腱绳不被拉断和减小磨损。

本发明还提供一种腱驱动机械手腱张力约束阻抗控制装置，包括：控制器、腱驱动器、腱张力传感器、腱绳、腱驱动机械手单指机构、指尖接触力传感器、对应各关节的关节角位置传感器；关节角位置传感器固定在腱驱动机械手机构的各个关节上，指尖接触力传感器位于指尖；其中，

控制器接收来自关节角位置传感器、腱张力传感器、指尖接触力传感器的信息；然后进行调度运行，通过操作处理把张力控制器的输出作为腱位置偏差输入到腱驱动器；腱驱动器包括无刷直流电机和把旋转运动转换为直线运动的滚珠丝杠、螺母，根据控制器输入的位置偏差驱动腱绳拉伸，导致腱驱动机械手单指机构相应运动，实现所需的位置和力的调整。

本发明的有益效果：

本发明可有效减轻的机械手接触物体时的冲击，并且能够实现稳定的抓取，通过约束腱张力，降低腱的磨损，提高系统的寿命；可进一步应用于以腱为传动方式的多关节机械臂、灵巧手单指等多关节多连杆机构中，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为本发明腱驱动机械手腱张力约束阻抗控制装置的结构示意图；

图2为腱驱动机械手单指腱张力约束笛卡尔空间阻抗控制框图；

图3为单指坐标系示意图；

其中：1，控制器；2，腱驱动器；3，腱绳；4，腱张力传感器；5，腱驱动机械手单指机构；6，关节角位置传感器；7，指尖接触力传感器；11，侧摆关节；12基关节；13，中关节；14，连杆；15，基座；16，近指节；17，中指节；18，远指节。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。

参照图1所示，本发明的一种腱驱动机械手腱张力约束阻抗控制装置，包括：控制器1、腱驱动器2、腱张力传感器4、腱绳3、腱驱动机械手单指机构5、指尖接触力传感器7、对应各关节的关节角位置传感器6；腱驱动机械手单指机构5由基座15、近指节16、中指节17和远指节18组成，采用“N+1”型腱驱动方式，具有3个独立自由度，其中远指节通过一个连杆14机构与中指节耦合，主要实现绕侧摆关节11、基关节12和中关节13的旋转运动；关节角位置传感器6固定在腱驱动机械手单指机构5的各个关节上。每一根腱绳3上都装有腱张力传感器4，腱绳3的一端连接在相应指节上，另一端连接在腱驱动器2上；指尖接触力传感器7固定在远指节18上，腱张力传感器4、关节角位置传感器6和指尖接触力传感器7采集的信息发送给控制器1，控制器1发送控制指令给腱驱动器2。

控制器1包括路径规划模块、正运动学解算模块、逆运动学解算模块、关节刚度比例模块、张力分配模块、张力控制模块、阻抗控制模块。

控制器1接收来自关节角位置传感器6、腱张力传感器4、指尖接触力传感器7的信息；然后进行调度运行，通过操作处理把张力控制器的输出作为腱位置偏差输入到腱驱动器；腱驱动器包括无刷直流电机和把旋转运动转换为直线运动的滚珠丝杠、螺母等组件，根据控制器1输入的位置偏差驱动腱绳拉伸，导致腱驱动机械手单指机构相应运动，实现所需的位置和力的调整。

参照图2所示，控制器中路径规划模块为灵巧手单指的运动提供期望关节角位置θ_d；正运动解算模块将前述期望关节角位置转化为期望的指尖笛卡尔位置X_d；阻抗控制模块将接触力误差F_e修正为笛卡尔位置X_f，对期望的位置X_d进行补偿，得到补偿后的期望笛卡尔位置X_r＝X_d+X_f；逆运动学解算模块将补偿后的期望笛卡尔位置X_r转换为期望的关节角位置θ_r，与手指的实际关节角位置θ_r进行比较得到关节角位置误差θ_e＝θ_r-θ_a；关节刚度比例模块将关节角位置误差转化为关节力矩；张力分配模块将该关节力矩转换为腱空间的力。腱张力比较器比较期望腱张力和实际腱张力的差别，根据这个偏差位置控制器对机械手单手指的腱位置进行修正，输出量Δx_i作为腱端的速度输入到腱驱动器中；腱驱动器有4个输入端，为位置控制器输出的腱端速度量v，控制器的输入量为4个关节角位置传感器给出的角位移量θ_a和腱张力传感器张力值f。对于当前的腱驱动机械手单指系统，变量θ_d、θ_a、θ_r、θ_e都是三维的列向量，f、f_d、ΔX都是四维的列向量。

因为腱只能传递张力，因此单独的位置控制很难保证腱张力时刻大于0，而且腱本身有一定的柔韧性，对力的传递有迟滞性。控制器在初始时刻时，给腱绳施加力f_i≥f_min保证腱在初始时刻具有预张紧，这时腱可以等效为刚体。

一种腱驱动机械手腱张力约束阻抗控制方法，包括步骤如下：

步骤1：由路径规划模块进行机械手单指自由空间中的关节角位置路径规划；输入由操作对象特性规划得到的灵巧手单指运动的期望接触力；经正运动解算模块转化为期望的指尖笛卡尔位置X_d；并且设定腱张力约束范围和接触力阈值；

步骤2：根据接触力传感器测量得到的接触力值与接触力阈值比较确定灵巧手和物体之间的接触状态，若接触力值小于接触力阈值则表示机械手位于自由空间，设置输出接触力误差F_e为0；否则由腱张力比较器比较期望指尖接触力和实际指尖接触力传感器所测接触力之间的差别得到约束空间接触力误差F_e；阻抗控制模块将接触力误差F_e修正为笛卡尔位置X_f，对期望的位置X_d进行补偿得到期望的笛卡尔位置X_r＝X_d+X_f；期望笛卡尔位置经过逆运动学解算模块转换为期望关节角位置θ_r，与手指的实际关节角位置θ_a进行比较得到关节角位置偏差θ_e＝θ_r-θ_a；然后通过关节刚度比例模块将关节角位置偏差转化为关节力矩，该关节力矩由张力分配模块转换为期望腱张力；然后由腱张力比较器比较期望腱张力和实际由腱张力传感器输出的腱张力的偏差，根据该腱张力的偏差由张力控制模块基于合适的控制律把张力的偏差转化为位置偏差，把该位置偏差输送给腱驱动器进行控制。

其中，控制器中各模块的具体实现如下：

1)路径规划模块

机械手手指运动路径规划是指根据手指指尖当前位置和物体的期望接触点确定从初始点到接触点的运动轨迹。目前路径规划主要分为：笛卡尔空间的路径规划和关节空间的路径规划；对于多关节的手指，指尖的笛卡尔空间运动轨迹很难用时间的变量表示，并且计算比较复杂。相比而言，在关节空间，除了耦合关节外，其他的关节的角位移都是相对独立的，可以分别进行路径规划，规划的方程相对简单而且计算量小、实时性好，所以这里采用了关节空间的路径规划。机械手自由空间中的关节角位置路径规划可采用一般多关节机械臂的关节角位置路径规划类似的方法进行，如抛物线过渡的线性插值方法、三次多项式路径规划、加加速度有界路径规划等等。本实施方案采用抛物线过渡的线性插值方法，该方法具有运动特性好，易于实现等优点。规划的方程为：

式中θ_d0是关节的初始角位移，θ_df是关节最后到达的期望角位移，t_f是到达期望位置的时间，a是加速度。在实际中，先估计环境的笛卡尔位置，然后通过逆运运学解出各关节所要到达的角位移，最后根据式(1)对手指各关节进行路径规划。

2)正向运动学解算模块

单个手指可用机械臂的运动学理论来求解手指的运动学方程。正向运动学是根据关节角来求手指末端在基座坐标系下的位置和姿态，严格按照机器人学中D-H参数描述中建立单指坐标系如图3所示。z_i轴沿关节i的运动轴方向；x_i轴沿着z_i轴和z_i+1轴的公法线，指向下一个关节；y_i轴由x_i轴和z_i轴按照右手直角坐标系法则来确定。为了简化模型，基座坐标系o₀x₀y₀z₀和基关节坐标系o₁x₁y₁z₁方向一致，指尖坐标系o_Tx_Ty_Tz_T和顶关节坐标系o₄x₄y₄z₄方向一致。

按照建立的单指坐标系和各个指节的长度，单指的D-H参数如表1所示。

表1全驱动手指单指D-H参数

关节	ai-1	αi-1	di	θi
					1	L0	0	0	θ1
2	L1	90	0	θ2
					3	L2	0	0	θ3
4	L3	0	0	θ4
					T	L4	0	0	0

其中L₀、L₁、L₂、L₃、L₄为固定的手指指节长度，其值为：L₀＝21mm、L₁＝9mm、L₂＝45mm、L₃＝30mm、L₄＝21mm。θ₁、θ₂、θ₃、θ₄为可变的关节角：侧摆关节角、基关节角、中关节角和顶关节角，由于顶关节是通过四连杆机构与中关节相连的，所以顶关节角θ₄由中关节角θ₃唯一确定，由四连杆机构求解得出的关系经三次曲线拟合后表达为：

θ₄＝-0.057267θ₃ ³+0.29996θ₃ ²+0.1987θ₃+0.043474 (2)

正运动的计算过程为：

输入：关节角θ₁、θ₂、θ₃、θ₄

输出：指尖末端在基座坐标系o₀x₀y₀z₀中的笛卡尔位置x_T、y_T、z_T

根据D-H参数可得单指6个坐标系之间的变换矩阵为：

确定了单指6个坐标系中相邻坐标系之间的齐次坐标变换矩阵后，即可求得指尖坐标系o_Tx_Ty_Tz_T相对于基座坐标系o₀x₀y₀z₀的位置和姿态为：

其中cosθ₂₃代表cos(θ₂+θ₃)，cosθ₂₃₄代表cos(θ₂+θ₃+θ₄)；根据齐次变换矩阵的定义可知矩阵的第四列的前三行即为指尖末端在基座坐标系o₀x₀y₀z₀中的笛卡尔坐标：

由已知的手指关节角θ₁、θ₂、θ₃、θ₄即可得到指尖末端在基座坐标系o₀x₀y₀z₀中的笛卡尔位置；N+1型全驱动手指的各个关节运动范围如表2所示。

表2全驱动手指关节运动范围

关节角	侧摆关节角	基关节角	中关节角	顶关节角
					运动范围	-20°～20°	-10°～95°	0°～120°	0°～70°

逆向运动学

逆运动是已知手指末端在基座坐标系下的位置和姿态，求所对应各关节的关节角，描述的是手指末端笛卡尔空间到关节空间的映射。由于不同的关节角可能对应同一种末端位姿，因此与正运动的单映射不同的是，逆运动可能存在多解情况。

输入：指尖末端在基座坐标系o₀x₀y₀z₀中的笛卡尔位置x_T、y_T、z_T

输出：关节角θ₁、θ₂、θ₃、θ₄

由式(4)可知，

θ₂、θ₃直接采用非线性函数数值解法来求解。求出θ₃之后，即可由四连杆机构的关系来求解θ₄。

3)关节刚度比例模块

关节角位置误差转化为期望的关节力矩τ_d，采用刚度控制器：

τ_d＝K(θ_r-θ_a) (5)

其中K为对角型刚度矩阵。

4)腱张力分配模块

由于腱只传递张力，为了避免腱在运动过程中出现松弛，引入腱张力控制器确保腱张力的正定性。腱张力控制器算法的基础是n个关节力矩τ和n+1个腱张力f之间的关系：

其中t表示腱的内部张力；R∈R^3*3是由三个独立关节的半径组成的对角阵；B表示腱的结构矩阵；W^T正交于RB的行空间且正定。

系统中腱张力可控的充要条件为P可逆，要求RB行满秩。由式(6)可以得到：

令P^-1＝[A a]

设定腱张力取值范围[f_min f_max]，f_min保证腱始终处于绷紧的状态，f_max保护腱不超负荷。令A_i和a_i分别代表A的行向量和a的列向量。腱张力分配算法的步骤如下：

a)首先根据f_min确定t的取值，则有：

f_i＝A_iτ+a_it≥f_min (9)

b)其次将内部张力值t代入张力分配等式(8)；

c)令f_l为张力中最小的元素，f_h为张力中的最大元素；

d)确定是否张力f₁,...,f_n超过上界f_max，如果f_h≤f_max,表明没有超界，给各根腱分配张力f₁,...,f_n+1并结束分配过程。

e)如果出现f_h＞f_max，则采用比例缩放的方式构造一个新的方程：

由前述过程中得到的f_l和f_h及其对应位置处相关参量计算得到式(11)中参量：

d＝(a_hA_l-a_lA_h)τ

f)令f_l为利用(11)式所计算出的张力最小的元素，f_h为其中的张力最大元素，

g)若如果f_h≤f_max,并且f_l>f_min，给各根腱分配张力f₁,...,f_n+1，并结束分配过程。否则，重新进行e)、f)、g)过程，直到满足要求为止。

最终综合公式(5)-(11)可得腱张力分配算法表达如下：

5)张力控制模块

张力控制模块系统表达式如下：

6)阻抗控制模块

灵巧手与外界物体之间的接触力一旦过大，将会对手指结构和腱绳产生不可逆转的损毁，因此要对灵巧手进行柔顺控制。在机器人控制中，柔顺控制分为被动柔顺和主动柔顺两种，主动柔顺不依赖柔性机械部件，而是通过控制机器人各个关节的刚度来实现末端的柔顺性。与被动柔顺相比，主动柔顺的通用性更广，在机器人领域得到了广泛的应用。

阻抗控制是一种常见的主动柔顺控制方法，其不直接控制期望的力和位置，而是通过调节力和位置之间的动态关系来实现手指末端的主动柔顺，其实现简单，在机器人控制中应用广泛。阻抗控制主要有基于位置的阻抗控制和基于力的阻抗控制。

与力控制相比较，位置控制理论更为成熟，且力控制建立在机器人的动力学模型基础之上，需要建立机器人的精确的动力学模型，控制算法较为复杂。因此灵巧手采用了基于位置的阻抗控制。

阻抗控制在位置和力之间建立阻抗关系，从而达到间接的柔顺控制。阻抗关系为：

其中M_d、B_d、K_d分别是目标惯性矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵，它们决定着阻抗控制器的性能，实际使用中应选取合适的M_d、B_d、K_d，使系统处于临界阻尼或过阻尼状态。X_r、 F_r分别为真实的指尖位置、速度、加速度和真实的力，X_d、F_d为期望的指尖位置、速度、加速度和期望的力。

转换到频域中，得到：

阻抗控制器将接触力误差转换为笛卡尔位置X_f，对期望的位置X_d进行补偿。经过阻抗控制的位置补偿，相当于在手指末端加了弹簧，能提高手指在操作目标物体时的柔顺性，保护接触力不会剧烈变化而损坏手指。

通过合适的机构参数，可以确定相应的映射矩阵；根据具体的性能指标要求，可以确定相应的控制器参数。下面是具体实施实例一组相关参数设置。

根据如图2中所示腱的排列可以得出结构矩阵B，进而得到腱映射矩阵P，如下：

同时根据任务要求及腱的性能设置腱张力范围f_min＝8N，f_max＝200N。

具体腱驱动机械手系统的控制器采用了通用PC、数据采集卡结合电机驱动器来实现，另外以嵌入式处理器、DSP等为运算核心结合信号调理和电机驱动的控制器结构形式也是可行的。

根据上述结构参数，进行了位置控制器和张力控制器的PD参数调节。采用该方法所实现系统获得了良好的性能，能够有效的解耦腱运动和关节运动，减小从自由空间到约束空间的冲击，有效的实现腱驱动机械手的操作控制，提高机械手的灵巧性。该方法可进一步应用于以腱为传动方式的多关节操作臂、末端执行器等机构中，因此该实现方法和装置具有广阔的应用前景。

本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种腱驱动机械手腱张力约束阻抗控制方法，其特征在于，包括步骤如下：

步骤1：由路径规划模块进行机械手单指自由空间中的关节角位置路径规划；输入由操作对象特性规划得到的灵巧手单指运动的期望接触力；经正运动解算模块转化为期望的指尖笛卡尔位置；并且设定腱张力约束范围和接触力阈值；

步骤2：根据接触力传感器测量得到的接触力值与接触力阈值比较确定灵巧手和物体之间的接触状态，若接触力值小于接触力阈值则表示机械手位于自由空间，设置输出接触力误差F_e为0；否则由腱张力比较器比较期望指尖接触力和实际指尖接触力传感器所测接触力之间的差别得到约束空间接触力误差F_e；阻抗控制模块将接触力误差F_e修正为笛卡尔位置X_f，对期望的位置X_d进行补偿得到期望的笛卡尔位置X_r＝X_d+X_f；期望笛卡尔位置经过逆运动学解算模块转换为期望关节角位置θ_r，与手指的实际关节角位置θ_a进行比较得到关节角位置偏差θ_e＝θ_r-θ_a；然后通过关节刚度比例模块将关节角位置偏差转化为关节力矩，该关节力矩由张力分配模块转换为期望腱张力；然后由腱张力比较器比较期望腱张力和实际由腱张力传感器输出的腱张力的偏差，根据该腱张力的偏差由张力控制模块基于PD控制律把张力的偏差转化为位置偏差，把该位置偏差输送给腱驱动器进行控制。

2.根据权利要求1所述的腱驱动机械手腱张力约束阻抗控制方法，其特征在于，上述步骤1中的机械手单指自由空间中的关节角位置路径规划采用多关节机械臂的关节角位置路径规划方法进行，得到期望的关节角轨迹，由路径规划模块实现；关节角位置到操作空间指尖的位置由机器人正运动学方法计算即可，具体由正运动解算模块实现。

3.根据权利要求1所述的腱驱动机械手腱张力约束阻抗控制方法，其特征在于，上述步骤1中的接触力阈值由接触力传感器的噪声特性确定，高于该接触力阈值则表示接触物体。

4.根据权利要求1所述的腱驱动机械手腱张力约束阻抗控制方法，其特征在于，上述步骤2中的指尖接触力通过根据外界阻抗特性选定参数的阻抗控制方法将其转化为位置的修正值来保证，具体由阻抗控制模块实现。

5.根据权利要求1所述的腱驱动机械手腱张力约束阻抗控制方法，其特征在于，上述步骤2中的逆运动学解算模块将补偿后的期望笛卡尔位置转换为期望的关节角位置。

6.根据权利要求1所述的腱驱动机械手腱张力约束阻抗控制方法，其特征在于，上述步骤2中的逆运动学解算模块通过非线性函数数值解法将补偿后的期望笛卡尔位置转换为期望的关节角位置。

7.根据权利要求1所述的腱驱动机械手腱张力约束阻抗控制方法，其特征在于，上述步骤2中的关节角位置偏差通过关节刚度比例模块和考虑张力约束的张力分配转化为腱张力期望值。

8.根据权利要求1所述的腱驱动机械手腱张力约束阻抗控制方法，其特征在于，上述步骤2中的张力分配模块将关节力矩转换为腱空间的力，具体考虑了腱张力约束范围，保证腱张力处于一个根据实际需求设定的最小和最大正值之间；最小值保证腱绳处于张紧状态，最大值由具体采用腱绳的材质的张力限制决定，保护腱绳不被拉断和减小磨损。