CN111791233B

CN111791233B - 仿生手的控制方法及装置、存储介质、电子设备

Info

Publication number: CN111791233B
Application number: CN202010640814.7A
Authority: CN
Inventors: 汤恩琼; 姚秀军; 桂晨光; 韩久琦
Original assignee: Jingdong Technology Information Technology Co Ltd
Current assignee: Jingdong Technology Information Technology Co Ltd
Priority date: 2020-07-06
Filing date: 2020-07-06
Publication date: 2022-02-01
Anticipated expiration: 2040-07-06
Also published as: CN111791233A

Abstract

本发明实施例是关于一种仿生手的控制方法及装置、存储介质、电子设备，涉及自动控制技术领域，该方法包括：根据仿生手的期望速度以及实际速度，计算手指电机所需的期望电流；根据期望电流以及当仿生手触碰到被抓取对象时，手指电机处于堵转状态时所具有的堵转电流，确定预设电流阈值，并计算从预设电流阈值上升到堵转电流时，所需要的上升时间；根据上升时间计算仿生手抓取被抓取对象所需的抓取时间，并计算驱动仿生手抓取被抓取对象所需的占空比；当所述抓取时间的计时长度达到后，控制手指电机断电自锁，并基于占空比控制仿生手的手指进行屈伸运动，以抓取被抓取对象。本发明实施例降低了仿生手的功耗。

Description

仿生手的控制方法及装置、存储介质、电子设备

技术领域

本发明实施例涉及自动控制技术领域，具体而言，涉及一种仿生手的控制方法、仿生手的控制装置、计算机可读存储介质以及电子设备。

背景技术

五指仿生手是高集成度、高智能化的机电一体化系统，作为末端执行器在机器人远程操控、残疾人医疗康复等领域有着广泛的应用前景。通过五指协作实现对物体的抓取，是仿生手的基本需求之一，同时对仿生手操控的灵活度和精细度也提出了更大挑战。

为了让仿生手能够像人手一样能够对不同形状、不同材质的物体进行有效抓取，通常所采用的方法为：基于多传感器信息融合对五指抓取运动路径和力量进行实时规划和控制，进而辅助仿生手控制系统做出合适的决策，对五指运动的速度、位置、力量进行控制，最终完成抓取任务。其中，采用较多的传感器有压力传感器、触觉传感器、视觉传感器等。

但是，上述方法存在如下缺陷：虽然基于多传感器信息融合的抓取规划方法可以实现抓取力量的自主控制，能够适应对不同硬度物体的有效抓取，但是这种方法首先要依赖较多的传感器，这会直接使仿生手的结构变得复杂，且增加手的成本和重量；其次，多传感器信息融合对仿生手控制系统处理器的性能也提出了更高的要求，会增加电路成本和功耗。

因此，需要提供一种新的仿生手的控制方法及装置。

需要说明的是，在上述背景技术部分发明的信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明的目的在于提供一种仿生手的控制方法、仿生手的控制装置、计算机可读存储介质以及电子设备，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的仿生手的电路成本以及功耗较高的问题。

根据本公开的一个方面，提供一种仿生手的控制方法，包括

根据仿生手的期望速度以及实际速度，计算在没有被抓取对象时，控制所述仿生手以所述期望速度进行运动时，手指电机所需的期望电流；

根据所述期望电流以及当所述仿生手触碰到所述被抓取对象时，所述手指电机处于堵转状态时所具有的堵转电流，确定预设电流阈值，并计算从所述预设电流阈值上升到所述堵转电流时，所需要的上升时间；

根据所述上升时间计算所述仿生手抓取所述被抓取对象所需的抓取时间，并从所述仿生手触碰到所述被抓取对象时，对所述抓取时间开始计时，当所述抓取时间的计时长度达到后，根据当前时刻的手指电机的实时输出电流计算驱动所述仿生手抓取所述被抓取对象所需的占空比；

当所述抓取时间的计时长度达到后，控制所述手指电机断电自锁，并基于所述占空比控制所述仿生手的手指进行屈伸运动，以抓取所述被抓取对象。

在本公开的一种示例性实施例中，根据仿生手的期望速度以及实际速度，计算在没有被抓取对象时，控制所述仿生手以所述期望速度进行运动时，手指电机所需的期望电流包括：

计算仿生手的期望速度以及实际速度之间的速度差值，并利用第一 PID控制器对所述速度差值进行运算，得到电流指令；

对所述电流指令进行限幅运算，得到在没有被抓取对象时，控制所述仿生手以所述期望速度进行运动时，手指电机所需的期望电流。

在本公开的一种示例性实施例中，根据所述上升时间计算所述仿生手抓取所述被抓取对象所需的抓取时间包括：

根据所述上升时间以及所述被抓取对象的硬度，确定所述仿生手抓取所述被抓取对象所需的抓取时间；

其中，所述被抓对象的硬度的大小，与抓取所述被抓取对象所需的抓取时间的长短，成正比。

在本公开的一种示例性实施例中，根据当前时刻的手指电机的实时输出电流计算驱动所述仿生手抓取所述被抓取对象所需的占空比包括：

计算当前时刻的手指电机的实时输出电流与所述期望电流之间的电流差值，并利用第二PID控制器对所述电流差值进行运算，得到驱动所述仿生手抓取所述被抓取对象所需的占空比。

在本公开的一种示例性实施例中，基于所述占空比控制所述仿生手的手指进行屈伸运动，以抓取所述被抓取对象包括：

将所述占空比输入至所述手指电机的驱动模块；

通过所述驱动模块控制所述手指电机的线圈端电压，以对所述手指电机的电机转速进行调节，进而通过传动机构控制所述仿生手的手指进行屈伸运动，以抓取所述被抓取对象。

在本公开的一种示例性实施例中，当所述手指电机处于堵转状态时，所述占空比越大，所述堵转电流越大，所述手指电机输出的转矩也越大，所述仿生手的手指抓取到所述被抓取物体后输出的推力越大。

在本公开的一种示例性实施例中，所述仿生手具有五根手指，

其中，所述五根手指中的大拇指具有屈伸以及旋转两个自由度，除开所述大拇指以外的其他手指仅具有屈伸自由度；

每一个所述自由度具有一个对应的手指电机。

根据本公开的一个方面，提供一种仿生手的控制装置，包括：

第一计算模块，用于根据仿生手的期望速度以及实际速度，计算在没有被抓取对象时，控制所述仿生手以所述期望速度进行运动时，手指电机所需的期望电流；

第二计算模块，用于根据所述期望电流以及当所述仿生手触碰到所述被抓取对象时，所述手指电机处于堵转状态时所具有的堵转电流，确定预设电流阈值，并计算从所述预设电流阈值上升到所述堵转电流时，所需要的上升时间；

第三计算模块，用于根据所述上升时间计算所述仿生手抓取所述被抓取对象的抓取时间，并从所述仿生手触碰到所述被抓取对象时，对所述抓取时间开始计时，当所述抓取时间的计时长度达到后，根据当前时刻的手指电机的实时输出电流计算驱动所述仿生手抓取所述被抓取对象所需的占空比；

仿生手控制模块，用于当所述抓取时间的计时长度达到后，控制所述手指电机断电自锁，并基于所述占空比控制所述仿生手的手指进行屈伸运动，以抓取所述被抓取对象。

根据本公开的一个方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任意一项所述的仿生手的控制方法。

根据本公开的一个方面，提供一种电子设备，包括：

处理器；以及

存储器，用于存储所述处理器的可执行指令；

其中，所述处理器配置为经由执行所述可执行指令来执行上述任意一项所述的仿生手的控制方法。

本发明实施例提供的一种仿生手的控制方法，一方面，通过根据仿生手的期望速度以及实际速度，计算在没有被抓取对象时，控制仿生手以期望速度进行运动时，手指电机所需的期望电流；然后确定预设电流阈值，并计算从预设电流阈值上升到堵转电流时，所需要的上升时间；再根据上升时间计算仿生手抓取被抓取对象所需的抓取时间，并从仿生手触碰到被抓取对象时，对抓取时间开始计时，当抓取时间的计时长度达到后，根据当前时刻的手指电机的实时输出电流计算驱动仿生手抓取被抓取对象所需的占空比；最后当抓取时间的计时长度达到后，控制手指电机断电自锁，并基于占空比控制仿生手的手指进行屈伸运动，以抓取被抓取对象，解决了现有技术中由于需要使用多种传感器适应对不同硬度物体的有效抓取，进而使得仿生手的结构变得复杂，进而导致仿生手的成本以及重量较高的问题；另一方面，解决了现有技术中由于多传感器信息融合对仿生手控制系统处理器的性能的要求较高，进而增加了电路成本和功耗的问题，降低了仿生手的电路成本以及功耗；再一方面，在仿生手对被抓取对象抓取的过程中，只需要计算相应的占空比，然后再基于该占空比控制仿生手的手指进行屈身运动，抓取被抓取对象，并不需要通过各个传感器对抓取运动的路径以及力量进行实时规划以及控制，提高了抓取效率。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示意性示出根据本发明示例实施例的一种仿生手的控制方法的流程图。

图2示意性示出根据本发明示例实施例的一种仿生手的手指闭环控制系统的结构示例图。

图3示意性示出根据本发明示例实施例的一种根据仿生手的期望速度以及实际速度，计算在没有被抓取对象时，控制所述仿生手以所述期望速度进行运动时，手指电机所需的期望电流的方法流程图。

图4示意性示出根据本发明示例实施例的一种期望电流、预设电流阈值以及堵转电流的示例图。

图5示意性示出根据本发明示例实施例的另一种仿生手的控制方法的流程图。

图6示意性示出根据本发明示例实施例的一种仿生手的控制装置的框图。

图7示意性示出根据本发明示例实施例的一种用于实现上述仿生手的控制方法的电子设备。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本发明将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本发明的技术方案而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知技术方案以避免喧宾夺主而使得本发明的各方面变得模糊。

此外，附图仅为本发明的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。

本示例实施方式中首先提供了一种仿生手的控制方法，该方法可以运行于服务器、服务器集群或云服务器等；当然，本领域技术人员也可以根据需求在其他平台运行本发明的方法，本示例性实施例中对此不做特殊限定。参考图1所示，该仿生手的控制方法可以包括以下步骤：

步骤S110.根据仿生手的期望速度以及实际速度，计算在没有被抓取对象时，控制所述仿生手以所述期望速度进行运动时，手指电机所需的期望电流；

步骤S120.根据所述期望电流以及当所述仿生手触碰到所述被抓取对象时，所述手指电机处于堵转状态时所具有的堵转电流，确定预设电流阈值，并计算从所述预设电流阈值上升到所述堵转电流时，所需要的上升时间；

步骤S130.根据所述上升时间计算所述仿生手抓取所述被抓取对象所需的抓取时间，并从所述仿生手触碰到所述被抓取对象时，对所述抓取时间开始计时，当所述抓取时间的计时长度达到后，根据当前时刻的手指电机的实时输出电流计算驱动所述仿生手抓取所述被抓取对象所需的占空比；

步骤S140.当所述抓取时间的计时长度达到后，控制所述手指电机断电自锁，并基于所述占空比控制所述仿生手的手指进行屈伸运动，以抓取所述被抓取对象。

上述仿生手的控制方法中，一方面，通过根据仿生手的期望速度以及实际速度，计算在没有被抓取对象时，控制仿生手以期望速度进行运动时，手指电机所需的期望电流；然后确定预设电流阈值，并计算从预设电流阈值上升到堵转电流时，所需要的上升时间；再根据上升时间计算仿生手抓取被抓取对象所需的抓取时间，并从仿生手触碰到被抓取对象时，对抓取时间开始计时，当抓取时间的计时长度达到后，根据当前时刻的手指电机的实时输出电流计算驱动仿生手抓取被抓取对象所需的占空比；最后当抓取时间的计时长度达到后，控制手指电机断电自锁，并基于占空比控制仿生手的手指进行屈伸运动，以抓取被抓取对象，解决了现有技术中由于需要使用多种传感器适应对不同硬度物体的有效抓取，进而使得仿生手的结构变得复杂，进而导致仿生手的成本以及重量较高的问题；另一方面，解决了现有技术中由于多传感器信息融合对仿生手控制系统处理器的性能的要求较高，进而增加了电路成本和功耗的问题，降低了仿生手的电路成本以及功耗；再一方面，在仿生手对被抓取对象抓取的过程中，只需要计算相应的占空比，然后再基于该占空比控制仿生手的手指进行屈身运动，抓取被抓取对象，并不需要通过各个传感器对抓取运动的路径以及力量进行实时规划以及控制，提高了抓取效率。

以下，将结合附图对本发明示例实施例仿生手的控制方法中涉及的各步骤进行详细的解释以及说明。

首先，对本发明示例实施例的发明目的进行解释以及说明。具体的，本发明提出的力量自适应控制方法，仅依靠仿生手五指所用电机电流信号即可实现对不同硬度物体进行抓取时的力量自适应控制，无须额外增加其他传感器，有效降低了仿生手结构和算法的复杂度，同时也降低了成本。

进一步的，本发明通过实时计算驱动手指进行弯曲运动的电机(简称手指电机)电流变化率，实现对不用硬度物体抓取力量的自适应控制。所述仿生手具有五根手指，其中，所述五根手指中的大拇指具有屈伸以及旋转两个自由度，除开所述大拇指以外的其他手指具有屈伸自由度；每一个所述自由度具有一个对应的手指电机。具体的，大拇指有屈伸和旋转两个自由度，食指、中指、无名指和小拇指只有屈伸自由度。每个自由度都有一个对应的电机控制手指在该自由度方向运动。其中，定义四指张开且拇指与四指相对时的姿态为仿生手执行抓取动作时，5个手指屈伸自由度的初始状态，握拳为最终状态。初始状态和最终状态决定了仿生手执行抓取动作时，5个手指屈伸自由度的最大运动范围。

其次，对本发明示例实施例中涉及到的仿生手的手指闭环控制系统的原理框图进行解释以及说明。参考图2所示，该手指闭环控制系统可以包括：第一PID控制器210、电流限幅单元220、第二PID控制器230、驱动模块240、手指电机250、传动机构260以及手指270；同时，电机250 中还包括了电流传感器251以及位置传感器252。其中，第一PID控制器、电流限幅单元、第二PID控制器、驱动模块以及电机依次连接，构成了一个完整的速度闭环；并且，第二PID控制器、驱动模块以及电机依次连接，构成了一个完整的电流闭环。

进一步的，在上述图2中，对手指电机250采用传统的速度和电流双闭环控制。其中外环为速度环，目的是控制手指电机250在启动后以期望速度运动；其输入为期望速度，与位置传感器252输出位置的微分信号的差值作为第一PID控制器210的输入，经第一PID控制器运算后输出电流指令，经电流限幅单元220限幅后成为电流环的期望电流信号；内环为电流环，目的是在手指电机允许的范围内提高电机的启动速度；其输入为期望电流，与电流传感器251输出的手指电机实际电流的差值作为第二PID 控制器230的输入，经第二PID控制器230运算后输出占空比给驱动模块 240，控制手指电机250的线圈端电压，进而实现对电机转速的调节，然后通过传动机构260带动手指270进行屈伸运动，抓取被抓取对象。

以下，将对步骤S110-步骤S140进行解释。

在步骤S110中，根据仿生手的期望速度以及实际速度，计算在没有被抓取对象时，控制所述仿生手以所述期望速度进行运动时，手指电机所需的期望电流。

在本示例实施例中，参考图3所示，根据仿生手的期望速度以及实际速度，计算在没有被抓取对象时，控制所述仿生手以所述期望速度进行运动时，手指电机所需的期望电流可以包括步骤S310以及步骤S320。其中：

在步骤S310中，计算仿生手的期望速度以及实际速度之间的速度差值，并利用第一PID控制器对所述速度差值进行运算，得到电流指令；

在步骤S320中，对所述电流指令进行限幅运算，得到在没有被抓取对象时，控制所述仿生手以所述期望速度进行运动时，手指电机所需的期望电流。

以下，将对步骤S310以及步骤S320进行解释以及说明。具体的，继续参考图2所示，输入一个期望速度，然后计算期望速度与通过速度闭环反馈的实际速度之间的速度差值V_e，再将该速度差值V_e作为第一PID控制器的输入，经过控制器运算后输出电流指令，然后将该电流指令经过电流限幅单元以后，成为在没有被抓取对象时，控制仿生手的各个手指以期望速度进行运动时，各手指电机所需的，也就是电流闭环的期望电流。

具体的，在没有被抓取对象的条件下，控制仿生手的手指电机以期望速度运动，并实时记录手指电机在达到期望速度后，直到碰触到仿生手任意部位前的电流，也就是期望电流I_n0，具体可以参考图4所示。其中，n 为手指序号(n＝0,1,2,3,4)。I_n0可以表示为如下形式：

I_n0(min)<I_n0<I_n0(max)；

其中，I_n0(min)为第n个手指电机以期望速度运动时的电流最小值(期望电流的最小值)，I_n0(max)为第n个手指电机以期望速度运动时的电流最大值(期望电流的最大值)，具体对应于图4中的t1时刻。需要补充说明的是，通常情况下，当手指达到期望速度之后，电机电流会稳定在某个特定数值，并在该值附近并上下波动。波动幅值大小主要受测量噪声、以及手指运动过程中所受到的摩擦力等因素的影响。

在步骤S120中，根据所述期望电流以及当所述仿生手触碰到所述被抓取对象时，所述手指电机处于堵转状态时所具有的堵转电流，确定预设电流阈值，并计算从所述预设电流阈值上升到所述堵转电流时，所需要的上升时间。

具体的，选取直径可被仿生手正常抓取的刚性圆柱体作为被抓取对象，然后控制仿生手五指以上述期望速度对其进行抓取。抓取过程中始终被抓取对象静止不动，同时实时记录手指电机运动过程中的电流值。同时，对所记录的电流数据进行分析，分析过程如下：

首先，将五指电机进入堵转状态后的堵转电流记为I_n1，其中，n为手指序号(n＝0,1,2,3,4)。I_n1可以表示为如下形式：

I_n1(min)<I_n1<I_n1(max)；

其中，I_n1(min)为第n个手指电机堵转时的最小堵转电流值(对应于图4中的t2时刻)，I_n1(max)为第n个手指电机堵转时的最大堵转电流值。

进一步的，根据期望电流以及当仿生手触碰到被抓取对象时，手指电机处于堵转状态时所具有的堵转电流，确定预设电流阈值，并计算从预设电流阈值上升到堵转电流时，所需要的上升时间。具体的，预设各个手指电机的预设电流阈值为I_nc(具体可以对应于图4中的t3时刻)，且有 I_n0(max)<I_nc<I_n1(min)。当手指电机的电流大于时I_nc，认为手指碰触到物体。实际应用中，I_nc越靠近I_n0(max)，手指碰触识别的灵敏度越高。进一步的，分别计算手指电机的电流从I_nc到I_n1(min)的上升时间，记为t_n (n＝0,1,2,3,4)。t_n为第n个手指抓取刚性材料过程中碰触到物体后电机电流上升到堵转电流的时间，也是第n个手指抓取到任意物体时电机电流上升到堵转电流的最快时间。被抓取物体硬度越低，电机电流上升到堵转电流的时间越长。

在步骤S130中，根据所述上升时间计算所述仿生手抓取所述被抓取对象所需的抓取时间，并从所述仿生手触碰到所述被抓取对象时，对所述抓取时间开始计时，当所述抓取时间的计时长度达到后，根据当前时刻的手指电机的实时输出电流计算驱动所述仿生手抓取所述被抓取对象所需的占空比。

在本示例实施例中，首先，根据所述上升时间以及所述被抓取对象的硬度，确定所述仿生手抓取所述被抓取对象所需的抓取时间；其中，所述被抓对象的硬度的大小，与抓取所述被抓取对象所需的抓取时间的长短，成正比。其次，计算所述当前时刻的手指电机的实时输出电流与所述期望电流之间的电流差值，并利用第二PID控制器对所述电流差值进行运算，得到驱动所述仿生手抓取所述被抓取对象所需的占空比。

具体的，预设各个手指的抓取时间为t_ng，且有0<t_ng<t_n。当判定仿生手的手指碰触到物体后，开始计时，计时长度达到t_ng后，计算当前堵转电流与当前期望电流之间的电流差值，并利用第二PID控制器对电流差值进行运算，得到驱动仿生手抓取被抓取对象所需的占空比。

在步骤S140中，当所述抓取时间的计时长度达到后，控制所述手指电机断电自锁，并基于所述占空比控制所述仿生手的手指进行屈伸运动，以抓取所述被抓取对象。

在本公开的一种示例性实施例中，首先，间隔上述抓取时间，控制手指电机断电自锁，然后，将所述占空比输入至所述手指电机的驱动模块；最后，通过所述驱动模块控制所述手指电机的线圈端电压，以对所述手指电机的电机转速进行调节，进而通过传动机构控制所述仿生手的手指进行屈伸运动，以抓取所述被抓取对象。其中，当所述手指电机处于堵转状态时，所述占空比越大，所述堵转电流越大，所述手指电机输出的转矩也越大，所述仿生手的手指抓取到所述被抓取物体后输出的推力越大。

具体的，当判定手指碰触到物体后，开始计时，计时长度达到后，断开速度和电流双闭环控制，控制手指电机断电自锁(对应于图4中的t4 时刻)，同时向电机驱动模块持续输出该占空比。已知电机堵转时，占空比与电机电流成正比。因而在被抓取物体不变的条件下，t_ng越大，断开速度和电流双闭环控制时所输出的占空比越大，电机堵转电流越大，电机输出的转矩也越大，手指抓取到物体后输出的推力越大。此外，当t_ng选定后，被抓取物体硬度越低，断开速度和电流双闭环控制时所输出的占空比越小，电机堵转电流越小，电机输出的转矩也越小，手指抓取到物体后输出的推力越小。最终通过选取合适的t_ng值，可实现对不同硬度物体抓取力量的自适应控制。

以下，将结合图5对本发明示例实施例仿生手的控制方法进行进一步的解释以及说明。具体的，参考图5所示，该仿生手的控制方法可以包括以下步骤：

步骤S510，在没有被抓取对象的条件下，控制仿生手五指电机以期望速度运动，并实时记录五指电机在达到期望速度后直到碰触到仿生手任意部位前的电流I_n0。

步骤S520，选取直径可被仿生手正常抓取的刚性圆柱体作为被抓取对象，然后控制仿生手五指以期望速度对其进行抓取。抓取过程中始终被抓取对象静止不动，同时实时记录五指电机运动过程中的电流值。

步骤S530，预设各个手指电机的电流阈值I_nc，分别计算手指电机电流从I_nc到I_n1(min)的上升时间，记为t_n(n＝0,1,2,3,4)。且有I_n0(max)<I_nc< I_n1(min)。当手指电机电流大于时Inc，认为手指碰触到物体。实际应用中， I_nc越靠近I_n0(max)，手指碰触识别的灵敏度越高。

步骤S540，预设各个手指的抓取时间t_ng，且有0<t_ng<t_n。当判定手指碰触到物体后，开始计时，计时长度达到后，读取当前时刻电流环PID控制器输出的占空比值，同时断开速度和电流双闭环控制，同时向电机驱动模块持续输出该占空比，基于该占空比控制仿生手的手指进行屈伸运动，以抓取被抓取对象。

本发明示例实施例提供的仿生手的控制方法，将从判定仿生手手指碰触到物体后指定时间内驱动电机电流的增量作为手指输出推力大小的依据，从而实现对不同硬度物体抓取力量的自适应控制。

本发明示例实施例还提供了一种仿生手的控制装置。参考图6所示，该仿生手的控制装置可以包括第一计算模块610、第二计算模块620、第三计算模块630以及仿生手控制模块640。其中：

第一计算模块610可以用于根据仿生手的期望速度以及实际速度，计算在没有被抓取对象时，控制所述仿生手以所述期望速度进行运动时，手指电机所需的期望电流；

第二计算模块620可以用于根据所述期望电流以及当所述仿生手触碰到所述被抓取对象时，所述手指电机处于堵转状态时所具有的堵转电流，确定预设电流阈值，并计算从所述预设电流阈值上升到所述堵转电流时，所需要的上升时间；

第三计算模块630可以用于根据所述上升时间计算所述仿生手抓取所述被抓取对象所需的抓取时间，并从所述仿生手触碰到所述被抓取对象时，对所述抓取时间开始计时，当所述抓取时间的计时长度达到后，根据当前时刻的手指电机的实时输出电流计算驱动所述仿生手抓取所述被抓取对象所需的占空比；

仿生手控制模块640可以用于当所述抓取时间的计时长度达到后，控制所述手指电机断电自锁，并基于所述占空比控制所述仿生手的手指进行屈伸运动，以抓取所述被抓取对象。

计算仿生手的期望速度以及实际速度之间的速度差值，并利用第一PID控制器对所述速度差值进行运算，得到电流指令；

计算所述当前时刻的手指电机的实时输出电流与所述期望电流之间的电流差值，并利用第二PID控制器对所述电流差值进行运算，得到驱动所述仿生手抓取所述被抓取对象所需的占空比。

将所述占空比输入至所述手指电机的驱动模块；

其中，所述五根手指中的大拇指具有屈伸以及旋转两个自由度，除开所述大拇指以外的其他手指具有屈伸自由度；

每一个所述自由度具有一个对应的手指电机。

上述仿生手的控制装置中各模块的具体细节已经在对应的仿生手的控制方法中进行了详细的描述，因此此处不再赘述。

应当注意，尽管在上文详细描述中提及了用于动作执行的设备的若干模块或者单元，但是这种划分并非强制性的。实际上，根据本发明的实施方式，上文描述的两个或更多模块或者单元的特征和功能可以在一个模块或者单元中具体化。反之，上文描述的一个模块或者单元的特征和功能可以进一步划分为由多个模块或者单元来具体化。

此外，尽管在附图中以特定顺序描述了本发明中方法的各个步骤，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些步骤，或是必须执行全部所示的步骤才能实现期望的结果。附加的或备选的，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，以及/或者将一个步骤分解为多个步骤执行等。

在本发明的示例性实施例中，还提供了一种能够实现上述方法的电子设备。

所属技术领域的技术人员能够理解，本发明的各个方面可以实现为系统、方法或程序产品。因此，本发明的各个方面可以具体实现为以下形式，即：完全的硬件实施方式、完全的软件实施方式(包括固件、微代码等)，或硬件和软件方面结合的实施方式，这里可以统称为“电路”、“模块”或“系统”。

下面参照图7来描述根据本发明的这种实施方式的电子设备700。图 7显示的电子设备700仅仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。

如图7所示，电子设备700以通用计算设备的形式表现。电子设备700 的组件可以包括但不限于：上述至少一个处理单元710、上述至少一个存储单元720、连接不同系统组件(包括存储单元720和处理单元710)的总线730以及显示单元740。

其中，所述存储单元存储有程序代码，所述程序代码可以被所述处理单元710执行，使得所述处理单元710执行本说明书上述“示例性方法”部分中描述的根据本发明各种示例性实施方式的步骤。例如，所述处理单元 710可以执行如图1中所示的步骤S110：根据仿生手的期望速度以及实际速度，计算在没有被抓取对象时，控制所述仿生手以所述期望速度进行运动时，手指电机所需的期望电流；步骤S120：根据所述期望电流以及当所述仿生手触碰到所述被抓取对象时，所述手指电机处于堵转状态时所具有的堵转电流，确定预设电流阈值，并计算从所述预设电流阈值上升到所述堵转电流时，所需要的上升时间；步骤S130：根据所述上升时间计算所述仿生手抓取所述被抓取对象的抓取时间，并从所述仿生手触碰到所述被抓取对象时，对所述抓取时间开始计时，当所述抓取时间的计时长度达到后，根据当前时刻的手指电机的实时输出电流计算驱动所述仿生手抓取所述被抓取对象所需的占空比；步骤S140：当所述抓取时间的计时长度达到后，控制所述手指电机断电自锁，并基于所述占空比控制所述仿生手的手指进行屈伸运动，以抓取所述被抓取对象。

存储单元720可以包括易失性存储单元形式的可读介质，例如随机存取存储单元(RAM)7201和/或高速缓存存储单元7202，还可以进一步包括只读存储单元(ROM)7203。

存储单元720还可以包括具有一组(至少一个)程序模块7205的程序/实用工具7204，这样的程序模块7205包括但不限于：操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。

总线730可以为表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储单元总线或者存储单元控制器、外围总线、图形加速端口、处理单元或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。

电子设备700也可以与一个或多个外部设备800(例如键盘、指向设备、蓝牙设备等)通信，还可与一个或者多个使得用户能与该电子设备700 交互的设备通信，和/或与使得该电子设备700能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如路由器、调制解调器等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(I/O)接口750进行。并且，电子设备700还可以通过网络适配器760与一个或者多个网络(例如局域网(LAN)，广域网 (WAN)和/或公共网络，例如因特网)通信。如图所示，网络适配器760 通过总线730与电子设备700的其它模块通信。应当明白，尽管图中未示出，可以结合电子设备700使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、RAID系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员易于理解，这里描述的示例实施方式可以通过软件实现，也可以通过软件结合必要的硬件的方式来实现。因此，根据本发明实施方式的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是 CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中或网络上，包括若干指令以使得一台计算设备(可以是个人计算机、服务器、终端装置、或者网络设备等)执行根据本发明实施方式的方法。

在本发明的示例性实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有能够实现本说明书上述方法的程序产品。在一些可能的实施方式中，本发明的各个方面还可以实现为一种程序产品的形式，其包括程序代码，当所述程序产品在终端设备上运行时，所述程序代码用于使所述终端设备执行本说明书上述“示例性方法”部分中描述的根据本发明各种示例性实施方式的步骤。

根据本发明的实施方式的用于实现上述方法的程序产品，其可以采用便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)并包括程序代码，并可以在终端设备，例如个人电脑上运行。然而，本发明的程序产品不限于此，在本文件中，可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。

所述程序产品可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以为但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器 (RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。

计算机可读信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了可读程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。可读信号介质还可以是可读存储介质以外的任何可读介质，该可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。

可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、有线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。

可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本发明操作的程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、C++等，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。在涉及远程计算设备的情形中，远程计算设备可以通过任意种类的网络，包括局域网(LAN)或广域网(WAN)，连接到用户计算设备，或者，可以连接到外部计算设备(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。

此外，上述附图仅是根据本发明示例性实施例的方法所包括的处理的示意性说明，而不是限制目的。易于理解，上述附图所示的处理并不表明或限制这些处理的时间顺序。另外，也易于理解，这些处理可以是例如在多个模块中同步或异步执行的。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的发明后，将容易想到本发明的其他实施例。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未发明的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由权利要求指出。

Claims

1.一种仿生手的控制方法，其特征在于，包括

2.根据权利要求1所述的仿生手的控制方法，其特征在于，根据仿生手的期望速度以及实际速度，计算在没有被抓取对象时，控制所述仿生手以所述期望速度进行运动时，手指电机所需的期望电流包括：

3.根据权利要求1所述的仿生手的控制方法，其特征在于，根据所述上升时间计算所述仿生手抓取所述被抓取对象所需的抓取时间包括：

其中，所述被抓取对象的硬度的大小，与抓取所述被抓取对象所需的抓取时间的长短，成正比。

4.根据权利要求1所述的仿生手的控制方法，其特征在于，根据当前时刻的手指电机的实时输出电流计算驱动所述仿生手抓取所述被抓取对象所需的占空比包括：

5.根据权利要求1所述的仿生手的控制方法，其特征在于，基于所述占空比控制所述仿生手的手指进行屈伸运动，以抓取所述被抓取对象包括：

将所述占空比输入至所述手指电机的驱动模块；

6.根据权利要求1-5任一项所述的仿生手的控制方法，其特征在于，当所述手指电机处于堵转状态时，所述占空比越大，所述堵转电流越大，所述手指电机输出的转矩也越大，所述仿生手的手指抓取到所述被抓取对象后输出的推力越大。

7.根据权利要求1-5任一项所述的仿生手的控制方法，其特征在于，所述仿生手具有五根手指，

每一个所述自由度具有一个对应的手指电机。

8.一种仿生手的控制装置，其特征在于，包括：

9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-7任一项所述的仿生手的控制方法。

10.一种电子设备，其特征在于，包括：

处理器；以及

存储器，用于存储所述处理器的可执行指令；

其中，所述处理器配置为经由执行所述可执行指令来执行权利要求1-7任一项所述的仿生手的控制方法。