王金海

摘 要：在研究在智能机械手技术方面，我国当前依然处在相对不成熟的阶段，所以本文对于智能机械手的柔性抓取技术进行分析，同时探究机械手滑觉信号检测方法和信号处理技术，提供给发展更先进的机械手柔性抓取技术重要的参考。

关键词：机械手；滑动检测装置；离散小波变换；最小抓取力

在不同的环境中，应用机械手的范围和数量在不断的扩大，并且安全可靠的操作是机械手必须要实现的方面。本文致力于探询可以柔性抓取的智能机械手，对于某物进行抓取时，可遵循不同对象相应的变动夹持力，不会对于物体造成伤害。

1机械手的滑动检测装置的设计方案

（1）滑觉传感器的选择方案

机器人触滑觉传感器对于人皮肤功能进行模仿，之后基礎目标物体形成相互之间的作用以后，收集目标物体表面特征、物体性能信息。若想实现触滑觉传感器具有较高的性能，在设计时，应该确保选用最佳的传感器，保障触滑觉传感器的特征可以满足：具有较高的柔韧性以及耐磨性，同时冲击强度理想；对于动态力改变具有较高的敏感度；可以对于各工作环境产生的温度改变情况具有较高的适应度；具有较高的安全可靠性同时，最大限度的减少成本。当前研究智能机械手技术时，PVDF压电传感器、PZT压阻传感器、压阻传感器是应用甚为广泛的三种传感器，但是优缺点各异。通常是采取三者中选一的方式，此次研究是展开三种传感器对触觉信号和滑觉信号分别实验，对于各自的对于滑觉信号和触觉信号灵敏度状态进行观察，最终选出最佳的滑觉传感器。

（2）信号处理方案

在进行信号处理时，如果想对于滑动信号进行良好的识别，应该于时域和频域上同一时间分析信号，将滑动信号的频域特征进行找出。现下常应用对滑觉信号进行短时傅里叶变换和小波变换的方式展开分析信号，具有良好的应用效果。经这两种方案，能够对于滑动信号的频域特征同其他信号之间不同性进行观察，经相应的实验把滑动信号的特征值和滑动阈值找到，对这两项指标进行对比。如果特征值同设定滑动阈值相比较大，则表明具有滑动，反之如果特征值比滑动阈值小，则显示出未形成滑动信号。

（3）反馈控制系统方案

科学的选用反馈控制系统方案至关重要。当前，具有广泛应用的就是包括PWM控制直流电机以及模糊控制法。前者将检测到的滑动信号作为依据，处理变换滑动信号以后，使得滑动特征值为处理后滑动信号的方差。如果滑动信号的特征值检测结果显示同预设滑动阈值相比远远超出，电机PWM模块挡数提升一个，提升PWM脉冲宽度得到更大的占空比，再经直流电机的通电时间的增加实现机械手的抓取力度的提升。后者为实施模糊规则的模型方式，在解决非线性等问题方面产生更好的优势以及便利性，但是具有相对繁杂性的控制策略。

（3）滑觉信号检测系统总体控制方案

实际上，对于机械手的抓取力度进行控制为电机转动的控制，对于电机转动

圈数同夹持力产生的比重联系进行观察，可以对于电机转动圈数进行控制，达到夹持力改变的效果。鉴于这种情况，应该遵循检测的滑觉信号实施控制电机。一般的实施物体的夹取期间，先应该接触被抓取物体，之后对于机械手进行良好的控制，达到预设初始夹持力效果。机械手以初始夹持力对于物体进行夹持以后，就需要固定好机械手张开角度，将物体缓慢的抬起期间，上位机对于滑觉信号展开采集，同时予以处理变换，并且对于下位机进行传送处理后得出的滑动判断结果。在其将有滑动信号命令接收之后会提升机械手夹持力度。如果已经不存在滑觉信号，就可以维持相同的夹持力，需要卸载的时候，可经对于电机反转进行控制的举措达到目标。系统总体硬件包括传感器信号采集电路、滑觉传感器、执行机系统以及单片机系统几种。

2滑觉传感器实验研究和选型情况

机械手如果想要达到智能柔性抓取的成效，实施采集机械手与被抓物体滑动信号是至关重要的环节，而且为更加精准的对于滑动信号展开识别，就需要科学合理的选用传感器。PVDF压电传感器能够进行识别以及检测滑觉信号，达到实验要求标准，如果开启室内电源，则电脑在通电状态以后观察到传感器采集的电压信号，尽管处在静态环境中，依然会出现较显著的波动，显示出了PVDF压电传感器信号采集电路是非常易致使其受到干扰的，只能依靠复杂滤波电路应用，因此存在限制性问题；经实施PZT压电传感器实验研究，通过对比观察PVDF薄膜以及PZT压电陶瓷，均为压电传感器，可以对于滑觉信号进行精准的检测以及触觉。但是一旦在机械手上进行应用，因PVDF薄膜属于柔软的质地，所以优势更加明显。同时PZT陶瓷压电传感器能够对于声音产生的振动产生较高敏感度，不容易适应工业应用期间较高噪声比的环境。因此，采取PVDF薄膜的情况是较多的；压阻传感器具有较高的精度，同时频率响应范围较广泛，灵敏度较高，设计电路简单便捷等。综合考虑各种因素，最终采取FSR-402压阻传感器实施实验以及研究。

2滑觉信号检测装置的最终设计情况

（1）滑觉信号检测装置的硬件设计

全部滑觉信号检测装置涉及到FSR-402压阻传感器、压阻传感器需要串

联的5MΩ电阻以及数据采集卡、上位机PC几种。其中，数据采集卡为进行采集待测装置发出的数字以及模拟信号，把所获信号向PC进行传递，进而实施观察以及分析工作。数据采集卡的模拟输入阻抗是10MΩ，分辨率是12Bit（4096），具有+5V的供电压力，具备要求标准的分辨率同时便于安装。滑觉信号采集实验装置就是采取5kΩ的电阻与压阻传感器串联，对于5kΩ定值电阻的电压信号进行测量。采取砝码（质量不同）压在传感器表面滑动，代替机械手的抓取力度方式展开实验。

（2）滑觉信号检测装置的软件设计

应用美国国家仪器公司生产的LabVIEW信号采集软件，其涉及到日常控制以及测量系统所需各种模拟工具，最大限度的将成本进行节约，并确保提升工作效率。在将其应用到建立在PC基础中的测量以及信号处理工作中时优势凸显。另外，采取滑觉信号的短时傅里叶变换方式，实现信号从时间域变换到频率域，以便于对信号的频谱结构进行了解，掌握改变的规律。

（3）设计反馈控制系统硬件

主控制器选择应用单片机，其具有良好的实用性特点，同时可以节约成本。应用STC公司生产STC89C52单片机，可提供给很多的嵌入式控制系统更灵活的处理方案。另外，控制电机采取步进电机，即型号为28BYJ48。最后，模拟机械手装置。

结语：

在科学技术不断发展的形势下，智能机械手在诸多的领域已经具有广泛的应用，并且成为适应社会发展需求的重要趋势。未来需要更大量的研究，提升机械手滑动检测装置的应用性能。

参考文献：

[1]张成.机械手的滑动检测装置设计[D].重庆大学，2016.

[2]宋俊男.基于二维力反馈的机械手夹持器设计与研究[D].江南大学，2017.

[3]田乐帅.冲床上下料机械手的设计与研究[D].青岛科技大学，2016.