CN212919403U - 一种灵巧手嵌入式系统 - Google Patents

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陈树渠
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李袁
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Abstract

本实用新型公开了一种灵巧手嵌入式系统，所述系统包括：中央通信单元、若干个手指、手掌；其中：所述中央通信单元与所述手指、所述手掌和上位机进行通信连接，用于接收所述上位机的操作指令，并将所述操作指令转换为控制指令发送给所述手指和所述手掌；若干所述手指与所述手掌在硬件结构上采用兼容性设计，通过串行通信方式进行通信连接；所述手指和所述手掌根据所述控制指令进行运动。通过本实用新型实施例，通过手指与手掌采用嵌入式兼容性模块化设计，使灵巧手具备很好的灵活性以及可维护性，有效地减低灵巧手的维护和使用成本，从而使灵巧手具有高灵活性、高可靠性、抗干扰强、成本低、传输速度高、方便维护的优点，用户体验佳。

Description

一种灵巧手嵌入式系统
技术领域
本实用新型涉及灵巧手领域，特别涉及一种灵巧手嵌入式系统。
背景技术
当前，灵巧手为具备很好的灵活性，一般是采用模块化的方式设计。目前，现有的灵巧手的结构比较复杂，为了追求高精度的控制，往往采用高成本的嵌入式方案，比如FPGA+DSP的方案在成本上比较大，导致灵巧手的成本偏高。并且，由于模块化不采用统一的设计方式，在维护上会变得十分困难，同时对于性能也比较能达到一致。
另外，在灵巧手在使用过程中，为保证较高的通信速率和通信稳定性，以及需要考虑电冲击的影响，并不支持在线更换手指，这造成灵巧手在使用时用户体验欠佳。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型实施例提供的一种灵巧手嵌入式系统，通过手指与手掌采用嵌入式兼容性模块化设计，能使灵巧手具备很好的灵活性以及可维护性，能有效地减低灵巧手的维护和使用成本，从而使灵巧手具有高灵活性、高可靠性、抗干扰强、成本低、传输速度高、方便维护的优点，用户体验佳。
本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案如下：
根据本实用新型实施例的一个方面，提供的一种灵巧手嵌入式系统，所述系统包括：中央通信单元、若干个手指、手掌；其中：
所述中央通信单元与所述手指、所述手掌和上位机进行通信连接，用于接收所述上位机的操作指令，并将所述操作指令转换为控制指令发送给所述手指和所述手掌；
若干所述手指与所述手掌在硬件结构上采用兼容性设计，通过串行通信方式进行通信连接；
所述手指和所述手掌根据所述控制指令进行运动。
在一个可能的设计中，所述手指包括第一关节模组、第二关节模组、第一微控制单元；其中：
所述第一关节模组包括第一关节及其连接的第一直流电机，所述第一直流电机带动所述第一关节运动；
所述第二关节模组包括第二关节及其连接的第二直流电机，所述第二直流电机带动所述第二关节运动；
所述第一微控制单元包括第一直流电机驱动芯片，所述第一直流电机驱动芯片包括多路脉冲宽度调制PWM输出；
所述第一直流电机和第二直流电机分别与所述第一直流电机驱动芯片的一路PWM输出连接；
所述第一微控制单元通过CAN总线接收所述中央通信单元发送的所述操作指令，并将所述操作指令转化为控制指令通过所述第一直流驱动芯片的两路 PWM输出分别控制驱动所述第一直流电机和所述第二直流电机，从而控制驱动与所述第一直流电机连接的所述第一关节和与所述第二直流电机连接的所述第二关节根据第一微控制单元的控制指令进行运动。
在一个可能的设计中，所述手指还包括第一电机电流传感器和第二电机电流传感器；
所述第一电机电流传感器用于采样所述第一直流电机的电机驱动电流，提供给所述第一微控制单元采样后换算得到所述第一关节的实际电流；
所述第二电机电流传感器，用于采样所述第二直流电机的电机驱动电流，提供给所述第一微控制单元采样后换算得到所述第二关节的实际电流。
在一个可能的设计中，所述第一关节模组还包括第一位置传感器和第一关节压力传感器；所述第一位置传感器内嵌在所述第一关节内，用于在所述第一直流电机带动所述第一关节运动时，检测所述第一关节的精确角度；
所述第一关节压力传感器安装在所述第一关节的中间位置，用于检测所述第一关节受到的压力值，并将所述压力值传送给所述第一微控制单元。
在一个可能的设计中，所述第二关节模组还包括第二位置传感器和第二关节压力传感器；所述第二位置传感器内嵌在所述第二关节内，用于在所述第二直流电机带动所述第二关节运动时，检测所述第二关节的精确角度；
所述第二关节压力传感器安装在所述第二关节的中间位置，用于检测所述第二关节受到的压力值，并将所述压力值传送给所述第一微控制单元。
在一个可能的设计中，所述手指还包括第一电压缓启动保护电路，用于应对直流电机频繁启动所引起的反电动势的影响。
在一个可能的设计中，所述手指还包括第一反冲击保护电路，用于在所述手指连接时应对电源冲击的影响。
在一个可能的设计中，所述手掌包括第三关节模组、第二微控制单元；其中：
所述第三关节模组包括第三关节和第三直流电机，所述第三直流电机带动所述第三关节运动；
所述第二微控制单元包括第二直流电机驱动芯片，所述第二直流电机驱动芯片包括多路PWM输出；
所述第三直流电机与所述第二直流电机驱动芯片的一路输出连接；
所述第二微控制单元通过CAN总线接收所述中央通信单元发送的所述操作指令，并将所述操作指令转化为控制指令通过所述第二直流电机驱动芯片的一路PWM输出控制驱动所述第三直流电机，从而控制驱动与所述第三直流电机连接的所述第三关节根据第二微控制单元的控制指令进行运动。
在一个可能的设计中，所述手掌还包括第三电机电流传感器、第三位置传感器和第三关节压力传感器；
所述第三电机电流传感器用于采样所述第三直流电机的电机驱动电流，提供给所述第二微控制单元采样后换算得到所述第三关节的实际电流；
所述第三位置传感器内嵌在所述第三关节内，用于在所述第三直流电机带动所述第三关节运动时，检测所述第三关节的精确角度；
所述第三关节压力传感器安装在所述第三关节的中间位置，用于检测所述第三关节受到的压力值，并将所述压力值传送给所述第二微控制单元。
在一个可能的设计中，所述手掌还包括第二电压缓启动保护电路，用于应对直流电机频繁启动所引起的反电动势的影响。
在一个可能的设计中，所述手掌还包括第二反冲击保护电路，用于在所述手掌连接时应对电源冲击的影响。
在一个可能的设计中，所述中央通信单元还用于读取并转发各个所述手指与所述手掌的响应数据，并上传到上位机。
与相关技术相比，本实用新型实施例提供的一种灵巧手嵌入式系统，所述系统包括：中央通信单元、若干个手指、手掌；其中：所述中央通信单元与所述手指、所述手掌和上位机进行通信连接，用于接收所述上位机的操作指令，并将所述操作指令转换为控制指令发送给所述手指和所述手掌；若干所述手指与所述手掌在硬件结构上采用兼容性设计，通过串行通信方式进行通信连接；所述手指和所述手掌根据所述控制指令进行运动。通过本实用新型实施例，通过手指与手掌采用嵌入式兼容性模块化设计，能使灵巧手具备很好的灵活性以及可维护性，使用灵活，方便维护，能有效地减低灵巧手的维护和使用成本，且中央通信单元与手指、手掌和上位机采用串行通信方式进行通信，手指与手掌采用嵌入式兼容性模块化设计，并通过串行通信方式进行通信，使查询应答方式通信的可靠性，保证通信的稳定性，从而使灵巧手具有高灵活性、高可靠性、抗干扰强、成本低、传输速度高、方便维护的优点，用户体验佳。
附图说明
图1为本实用新型实施例提供的一种灵巧手嵌入式系统的结构示意图；
图2为本实用新型实施例提供的一种灵巧手嵌入式系统的结构示意图；
图3为本实用新型实施例提供的一种灵巧手嵌入式系统中手指的结构示意图；
图4为本实用新型实施例提供的一种灵巧手嵌入式系统的电机控制示意图；
图5为本实用新型实施例提供的一种灵巧手嵌入式系统中手掌的结构示意图；
图6为本实用新型实施例提供的一种灵巧手嵌入式系统的数据通信的示意图。
本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本实用新型的说明，其本身没有特定的意义。因此，“模块”、“部件”或“单元”可以混合地使用。
需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
在一个实施例中，如图1和图2所示，本实用新型提供一种灵巧手嵌入式系统，所述系统100包括：中央通信单元10、若干个手指20、手掌30；其中：
所述中央通信单元10与所述手指20、所述手掌30和上位机200进行通信连接，用于接收所述上位机200的操作指令，并将所述操作指令转换为控制指令发送给所述手指20和所述手掌30；以及读取并转发各个所述手指20与所述手掌30的响应。
若干所述手指20与所述手掌30在硬件结构上采用兼容性设计，通过串行通信方式进行通信连接。
所述手指20和所述手掌30根据所述控制指令进行运动。
在本实施例中，通过手指与手掌采用嵌入式兼容性模块化设计，能使灵巧手具备很好的灵活性以及可维护性，使用灵活，方便维护，能有效地减低灵巧手的维护和使用成本，且中央通信单元与手指、手掌和上位机采用串行通信方式进行通信，手指与手掌采用嵌入式兼容性模块化设计，并通过串行通信方式进行通信，使查询应答方式通信的可靠性，保证通信的稳定性，从而使灵巧手具有高灵活性、高可靠性、抗干扰强、成本低、传输速度高、方便维护的优点，用户体验佳。
优选地，所述中央通信单元10通过串行通信方式(CAN(Controller AreaNetwork，控制器局域网络)总线)与所述手指20、手掌30和上位机200进行通信，从而可以使所述灵巧手具有高可靠性、抗干扰强、成本低、传输速度高 (可达1Mbps)的效果。
在一个实施例中，如图3所示，所述手指20包括第一关节模组21、第二关节模组22、第一微控制单元(MCU，Micro Control Unit)24；其中：
所述第一关节模组21包括第一关节211及其连接的第一直流电机212，所述第一直流电机212带动所述第一关节211运动。
所述第二关节模组22包括第二关节221及其连接的第二直流电机222，所述第二直流电机222带动所述第二关节221运动。
所述第一微控制单元24包括第一直流电机驱动芯片，所述第一直流电机驱动芯片包括多路PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)输出。
所述第一直流电机212和第二直流电机222分别与所述第一直流电机驱动芯片的一路PWM输出连接。
所述第一微控制单元24通过CAN总线接收所述中央通信单元10发送的所述操作指令，并将所述操作指令转化为控制指令通过所述第一直流驱动芯片241 的两路PWM输出分别控制驱动所述第一直流电机212和所述第二直流电机 222，从而控制驱动与所述第一直流电机212连接的所述第一关节211和与所述第二直流电机222连接的所述第二关节221根据第一微控制单元24的控制指令进行运动。
在本实施例中，手指采用多电机直驱的方式能有效地保证控制性能，手指使用微控制单元作为处理器，对手指的多路电机进行控制，可以达到由所述第一微控制单元通过所述第一直流电机驱动芯片的两路PWM输出分别控制驱动所述第一直流电机和所述第二直流电机，从而控制驱动与所述第一直流电机连接的所述第一关节和与所述第二直流电机连接的所述第二关节根据第一微控制单元的控制指令进行运动。从而使灵巧手具有高灵活性、高可靠性、抗干扰强、成本低、方便维护的优点。
在一个实施例中，如图3所示，所述手指20还包括第一电机电流传感器25，所述第一电机电流传感器25串接在所述第一直流电机212上，用于采样所述第一直流电机212的电机驱动电流，所述电机驱动电流经过放大(例如采用运放放大)后，提供给所述第一微控制单元24采样后换算得到所述第一关节211的实际电流。
优选地，所述手指20还包括第二电机电流传感器26，所述第二电机电流传感器26串接在所述第二直流电机222上，用于采样所述第二直流电机222的电机驱动电流，所述电机驱动电流经过放大(例如采用运放放大)后，提供给所述第一微控制单元24采样后换算得到所述第二关节221的实际电流。
优选地，所述第一关节模组21还包括第一位置传感器213，所述第一位置传感器213内嵌在所述第一关节211内，用于在所述第一直流电机212带动所述第一关节211运动时，检测所述第一关节211的精确角度。可选地，所述第一位置传感器213为霍尔传感器(hall sensor)。
优选地，所述第二关节模组22还包括第二位置传感器223，所述第二位置传感器223内嵌在所述第二关节221内，用于在所述第二直流电机222带动所述第二关节221运动时，检测所述第二关节221的精确角度。可选地，所述第二位置传感器223为霍尔传感器。
优选地，所述第一关节模组21还包括第一关节压力传感器214，所述第一关节压力传感器214安装在所述第一关节211的中间位置，用于检测所述第一关节211受到的压力值，并将所述压力值传送给所述第一微控制单元24。具体地，在所述第一关节211受力时，所述第一关节压力传感器214会检测所述第一关节211的电阻值变化情况，并将电阻值的变化通过压电转换电路后，提供给所述第一微控制单元24采样后换算得到所述第一关节211受到的真实压力值。优选地，所述第一关节压力传感器214为电阻应变式压力传感器。进一步地，所述第一关节压力传感器214为电阻应变式压力传感器阵列。
优选地，所述第二关节模组22还包括第二关节压力传感器224，所述第二关节压力传感器224安装在所述第二关节221的中间位置，用于检测所述第二关节221受到的压力值，并将所述压力值传送给所述第一微控制单元24。具体地，在所述第二关节221受力时，所述第二关节压力传感器224会检测所述第二关节221的电阻值变化情况，并将电阻值的变化通过压电转换电路后，提供给所述第一微控制单元24采样后换算得到所述第二关节221受到的真实压力值。优选地，所述第二关节压力传感器224为电阻应变式压力传感器。进一步地，所述第二关节压力传感器224为电阻应变式压力传感器阵列。
在本实施例中，手指包括电流传感器、位置传感器和压力传感器等多种传感器，并使用微控制单元作为处理器对手指的多种传感器进行采样，可以实现对模块化手指多个目标参数的控制，从而使灵巧手具有高灵活性、高可靠性、抗干扰强、成本低、方便维护的优点。
在一个实施例中，如图3所示，所述手指20还包括第一功率模块27，用于为所述手指20提供电源功率。优选地，所述第一功率模块27可以为所述手指 20提供DC 12V/24V的电源功率。
优选地，所述手指20还包括第一电压缓启动保护电路(未图示)，所述第一电压缓启动保护电路用于应对直流电机频繁启动所引起的反电动势的影响。
优选地，所述手指20还包括第一反冲击保护电路(未图示)，所述第一反冲击保护电路用于在所述手指连接时应对电源冲击的影响。
在本实施例中，模块化灵巧手在使用过程中，在需要在线更换手指时，采用反冲击保护电路可以应对电源冲击的影响。
如图4所示，所述第一直流电机212和所述第二直流电机222控制采用“位置-速度-电流”的三环控制。由上位机输出不同的控制命令控制不同的控制目标，以达到上位机通过命令设置不同控制目标的目的。当控制目标为位置值时，位置-速度-电流三环同时起作用；当控制目标为速度值时，速度-电流环起作用；当控制目标为电流值时，电流环起作用。
电流环作为内环，直流电机运动时电压升高，感应电阻两端的电压升高，通过微控制单元的采样得到电压值后换算成电流。同时，使用电流作为手指力距输出的反馈信号，实现力距控制。
由于灵巧手需要频繁工作在堵装状态下，通过在硬件和软件上设置不同驱动关节的直流电机的最大限制电流，从而对直流电机的工作状态进行保护，延长了直流电机的使用寿命。其中，采用硬件的限制方式更加及时，而采用软件的限制方式则可以保证电流在可控的范围内。
在一个实施例中，如图5所示，所述手掌30和所述手指20在硬件结构上采用兼容设计。通过采用兼容设计，可以使手掌30和手指20在软件上可以采用相同的嵌入式软件。
所述手掌30包括第三关节模组31、第二微控制单元34；其中：
所述第三关节模组31包括第三关节311和第三直流电机312，所述第三直流电机312带动所述第三关节311运动。
所述第二微控制单元34包括第二直流电机驱动芯片，所述第二直流电机驱动芯片包括多路PWM输出。
所述第三直流电机312与所述第二直流电机驱动芯片的一路PWM输出连接。
所述第二微控制单元34通过CAN总线接收所述中央通信单元10发送的所述操作指令，并将所述操作指令转化为控制指令通过所述第二直流电机驱动芯片的一路PWM输出控制驱动所述第三直流电机312，从而控制驱动与所述第三直流电机312连接的所述第三关节311根据第二微控制单元34的控制指令进行运动。
在本实施例中，手掌与手指采用嵌入式兼容性设计，并通过串行通信方式进行通信，使查询应答方式通信的可靠性，保证通信的稳定性；手掌使用微控制单元作为处理器，对手掌的电机进行控制，可以达到由所述第二微控制单元通过所述第二直流电机驱动芯片的一路PWM输出控制驱动所述第三直流电机，从而控制驱动与所述第三直流电机连接的所述第三关节根据第二微控制单元的控制指令进行运动。
在一个实施例中，如图5所示，所述手掌30还包括第三电机电流传感器35，所述第三电机电流传感器35串接在所述第三直流电机312上，用于采样所述第三直流电机312的电机驱动电流，所述电机驱动电流经过放大(例如采用运放放大)后，提供给所述第二微控制单元34采样后换算得到所述第三关节311的实际电流。
优选地，所述第三关节模组31还包括第三位置传感器313，所述第三位置传感器313内嵌在所述第三关节311内，用于在所述第三直流电机312带动所述第三关节311运动时，检测所述第三关节311的精确角度。可选地，所述第三位置传感器313为霍尔传感器。
优选地，所述第三关节模组31还包括第三关节压力传感器314，所述第三关节压力传感器314安装在所述第三关节311的中间位置，用于检测所述第三关节311受到的压力值，并将所述压力值传送给所述第二微控制单元34。具体地，在所述第三关节311受力时，所述第三关节压力传感器314会检测所述第三关节311的电阻值变化情况，并将电阻值的变化通过压电转换电路后，提供给所述第二微控制单元34采样后换算得到所述第三关节311受到的真实压力值。优选地，所述第三关节压力传感器314为电阻应变式压力传感器阵列。进一步地，所述第三关节压力传感器314为电阻应变式压力传感器阵列。
在本实施例中，手掌包括电流传感器、位置传感器和压力传感器等多种传感器，并使用微控制单元作为处理器对手掌的多种传感器进行采样，可以实现对模块化手掌多个目标参数的控制，从而使灵巧手具有高可靠性、抗干扰强、成本低的优点。
在一个实施例中，如图5所示，所述手掌30还包括第二功率模块37，用于为所述手掌30提供电源功率。优选地，所述第二功率模块37可以为所述手掌 30提供DC 12V/24V的电源功率。
优选地，所述手掌30还包括第二电压缓启动保护电路(未图示)，所述第二电压缓启动保护电路用于应对直流电机频繁启动所引起的反电动势的影响。
优选地，所述手掌30还包括第二反冲击保护电路(未图示)，所述第二反冲击保护电路用于在所述手掌连接时应对电源冲击的影响。
在本实施例中，模块化灵巧手在使用过程中，在需要在线更换手掌时，采用反冲击保护电路可以应对电源冲击的影响。
在一个实施例中，所述中央通信单元10与所述手指20、所述手掌30和上位机200进行通信连接，用于接收所述上位机200的操作指令，并将所述操作指令发送给所述手指20和所述手掌30；以及读取并转发各个所述手指20与所述手掌30的响应数据，并上传到上位机200。
优选地，所述中央通信单元10还用于对各个手指20的状态进行监视，以保证所述手指20的运动状态正确性和响应的准确性，以保证手指20的正常运行。
优选地，所述中央通信单元10还兼容多种协议，从而保证对不同平台的支持。例如，兼容USB(Universal Serial Bus，通用串行总线)和CAN(Controller Area Network，控制器局域网总线)协议，以支持USB和CAN同时使用。
如图6所示，所述中央通信单元10与所述上位机200的通信采用USB或者UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步收发传输器) 的通信方式。
所述中央通信单元10循环查询手指20和/或手掌30数据，并在查询数据结束后，将所有手指20和/或手掌30的数据打包上传到上位机200，以使上位机 200接收到手指数据后，可以实时判断手指20在抓取物体时的特征，并根据判断结果及时调整手指20的姿势。
在灵巧手工作时，支持在线识别模块化手指，支持在线更换手指。通过在不同手指的安装位置设置不同对地电阻以使所述中央通信单元可以判断灵巧手所插入的位置。手指和中央通信单元通过检测连接电压的大小，从而得知通信的CAN ID，保证手指在更换后能够正常地进行稳定通信。
在本实施例中，通过手指与手掌采用嵌入式兼容性模块化设计，能使灵巧手具备很好的灵活性以及可维护性，使用灵活，方便维护，能有效地减低灵巧手的维护和使用成本，同时采用多电机直驱的方式能有效地保证控制性能。中央通信单元与手指、手掌和上位机采用串行通信方式进行通信，手指与手掌通过串行通信方式进行通信，使查询应答方式通信的可靠性，保证通信的稳定性；手指和手掌均包括电流传感器、位置传感器和压力传感器等多种传感器，并使用微控制单元作为处理器对手指和手掌的多种传感器进行采样，同时，对手指的多路电机和手掌的电机进行控制，可以实现对模块化手指和手掌多个目标参数的控制；手指和手掌的数据统一经过中央通信单元与上位机进行串行通信；且中央通信单元兼容多种协议，使中央通信单元可以适配多个手指，并支持在线识别模块化手指，支持在线更换手指，稳定通信。从而使灵巧手具有高灵活性、高可靠性、抗干扰强、成本低、传输速度高、方便维护的优点。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
上述本实用新型实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本实用新型的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本实用新型各个实施例所述的方法。
上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。

Claims (12)

1.一种灵巧手嵌入式系统，其特征在于，所述系统包括：中央通信单元、若干个手指、手掌；其中：
所述中央通信单元与所述手指、所述手掌和上位机进行通信连接，用于接收所述上位机的操作指令，并将所述操作指令转换为控制指令发送给所述手指和所述手掌；
若干所述手指与所述手掌在硬件结构上采用兼容性设计，通过串行通信方式进行通信连接；
所述手指和所述手掌根据所述控制指令进行运动。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述手指包括第一关节模组、第二关节模组、第一微控制单元；其中：
所述第一关节模组包括第一关节及其连接的第一直流电机，所述第一直流电机带动所述第一关节运动；
所述第二关节模组包括第二关节及其连接的第二直流电机，所述第二直流电机带动所述第二关节运动；
所述第一微控制单元包括第一直流电机驱动芯片，所述第一直流电机驱动芯片包括多路脉冲宽度调制PWM输出；
所述第一直流电机和第二直流电机分别与所述第一直流电机驱动芯片的一路PWM输出连接；
所述第一微控制单元通过CAN总线接收所述中央通信单元发送的所述操作指令，并将所述操作指令转化为控制指令通过所述第一直流驱动芯片的两路PWM输出分别控制驱动所述第一直流电机和所述第二直流电机，从而控制驱动与所述第一直流电机连接的所述第一关节和与所述第二直流电机连接的所述第二关节根据第一微控制单元的控制指令进行运动。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述手指还包括第一电机电流传感器和第二电机电流传感器；
所述第一电机电流传感器用于采样所述第一直流电机的电机驱动电流，提供给所述第一微控制单元采样后换算得到所述第一关节的实际电流；
所述第二电机电流传感器，用于采样所述第二直流电机的电机驱动电流，提供给所述第一微控制单元采样后换算得到所述第二关节的实际电流。
4.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第一关节模组还包括第一位置传感器和第一关节压力传感器；所述第一位置传感器内嵌在所述第一关节内，用于在所述第一直流电机带动所述第一关节运动时，检测所述第一关节的精确角度；
所述第一关节压力传感器安装在所述第一关节的中间位置，用于检测所述第一关节受到的压力值，并将所述压力值传送给所述第一微控制单元。
5.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第二关节模组还包括第二位置传感器和第二关节压力传感器；所述第二位置传感器内嵌在所述第二关节内，用于在所述第二直流电机带动所述第二关节运动时，检测所述第二关节的精确角度；
所述第二关节压力传感器安装在所述第二关节的中间位置，用于检测所述第二关节受到的压力值，并将所述压力值传送给所述第一微控制单元。
6.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述手指还包括第一电压缓启动保护电路，用于应对直流电机频繁启动所引起的反电动势的影响。
7.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述手指还包括第一反冲击保护电路，用于在所述手指连接时应对电源冲击的影响。
8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述手掌包括第三关节模组、第二微控制单元；其中：
所述第三关节模组包括第三关节和第三直流电机，所述第三直流电机带动所述第三关节运动；
所述第二微控制单元包括第二直流电机驱动芯片，所述第二直流电机驱动芯片包括多路PWM输出；
所述第三直流电机与所述第二直流电机驱动芯片的一路输出连接；
所述第二微控制单元通过CAN总线接收所述中央通信单元发送的所述操作指令，并将所述操作指令转化为控制指令通过所述第二直流电机驱动芯片的一路PWM输出控制驱动所述第三直流电机，从而控制驱动与所述第三直流电机连接的所述第三关节根据第二微控制单元的控制指令进行运动。
9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述手掌还包括第三电机电流传感器、第三位置传感器和第三关节压力传感器；
所述第三电机电流传感器用于采样所述第三直流电机的电机驱动电流，提供给所述第二微控制单元采样后换算得到所述第三关节的实际电流；
所述第三位置传感器内嵌在所述第三关节内，用于在所述第三直流电机带动所述第三关节运动时，检测所述第三关节的精确角度；
所述第三关节压力传感器安装在所述第三关节的中间位置，用于检测所述第三关节受到的压力值，并将所述压力值传送给所述第二微控制单元。
10.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述手掌还包括第二电压缓启动保护电路，用于应对直流电机频繁启动所引起的反电动势的影响。
11.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述手掌还包括第二反冲击保护电路，用于在所述手掌连接时应对电源冲击的影响。
12.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述中央通信单元还用于读取并转发各个所述手指与所述手掌的响应数据，并上传到上位机。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022001404A1 (zh) * 2020-06-15 2022-01-06 深圳蓝胖子机器智能有限公司 一种灵巧手嵌入式系统
CN114474073A (zh) * 2022-03-22 2022-05-13 浙江工业大学 一种基于多传感器融合的灵巧手力位混合控制系统及控制方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10756857B2 (en) * 2013-01-25 2020-08-25 Infineon Technologies Ag Method, apparatus and computer program for digital transmission of messages

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1569405A (zh) * 2004-04-30 2005-01-26 哈尔滨工业大学 应用于灵巧手系统的高速串行总线接口
US8442684B2 (en) * 2009-09-22 2013-05-14 GM Global Technology Operations LLC Integrated high-speed torque control system for a robotic joint
CN102699923A (zh) * 2012-06-20 2012-10-03 天津工业大学 机械手控制系统
CN105171746A (zh) * 2015-09-08 2015-12-23 许志林 一种机器人灵巧手的驱动模块及控制方法
CN107139177A (zh) * 2017-07-03 2017-09-08 北京康力优蓝机器人科技有限公司 一种具备抓取功能的机器人智能末端执行器及控制系统
CN207953913U (zh) * 2018-02-08 2018-10-12 西北农林科技大学 一种三指采摘机械手的控制系统
CN212919403U (zh) * 2020-06-15 2021-04-09 深圳蓝胖子机器人有限公司 一种灵巧手嵌入式系统

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022001404A1 (zh) * 2020-06-15 2022-01-06 深圳蓝胖子机器智能有限公司 一种灵巧手嵌入式系统
CN114474073A (zh) * 2022-03-22 2022-05-13 浙江工业大学 一种基于多传感器融合的灵巧手力位混合控制系统及控制方法
CN114474073B (zh) * 2022-03-22 2024-02-02 浙江工业大学 一种基于多传感器融合的灵巧手力位混合控制系统及控制方法

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