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[摘 要]随着社会科技发展，世界各国对主从机械手的研究越来越多，我国对此方面的研究尚处于起步阶段。主从机械手常被用于一些极端、有害的环境中使用。对机械手的操作来说，力感反馈是整个主从机械手操作过程最为重要的一部分。本文在调查研究了现有的主从机械手的控制方式与反馈方式，确定了在机械手上安装压敏传感器的方式。根据主从机械手上的压敏传感器所反馈的值，通过操作者所施加的压力与末端手爪上所反馈的压力进行对比，来控制手爪的张合。通过本方案，机械手爪结构简单，操作过程简单、准确，信号输入反馈及时。
[关键词]机械手；力感反馈；压力
中图分类号：TH322 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）32-0000-01
0 引言
随着社会科技的发展，人类对机械手研究越来越多，主从机械手属于一种操作者可以远程控制的机器人，操作者可以通过操作主机械手来控制从机械手。从机械手常常在一些极端、有害等不适合人类作业的环境下作业，通过从机械手上的摄像头将从机械手的环境传到操作者面前，操作者根据摄像头传来的影像资料来控制从机械手动作。
从国内外现有的现状看，虽然通用型机械手的通用性较高，能适应的环境较多。但是主从机机械手结构复杂，成本高，而产生的使用价值并不是很高，因此设计一套结构简单，成本较低，同时又能保证通用性的力反馈主从机械手具有重要的研究意义。
1 机械手夹持系统与工作原理
本文研制的力反馈主从机械手是由主机械手和从机械手以及控制器组成。操作者通过对主机械手上的操作手爪施加压力，根据操作手爪上的压敏传感器计算出所施加的压力，对控制器发送压力信号，控制器实时接收压敏传感器传递过来的压力。根据压力的变化，对操作机械手所做控制实时发生变化。控制器将操作者输出的压力信号与末端手爪上的压敏传感器反馈的压力对比。当控制手爪上，操作者输入的压力大于末端手爪上的压力时，操作机械手按照操作者的意图进行闭合操作。当控制手爪上，操作者所给予的压力小于末端手爪所反馈的压力时，操作机械手张开。当操作者所给予的压力等于反馈的压力时，末端手爪保持原有压力。整个控制组成如图1所示。
2 机械手总体结构
考虑到末端手爪部分与控制手爪如果机械结构与布局和运动方式不同，在操作时，操作者的操作感觉与正常使用手时的感觉完全不同。而且不同的结构也会影响到机械手的输入力的转换，需要进行运动的逆解运算才可以转换出所需要的力，会导致计算过程繁琐，控制系统转换控制延迟，控制不协调等问题。所以本文采用的机械手的控制手爪与末端手爪的结构相同，此结构也方便于输出力的放大，只需要在程序中加以输出力矩的放大倍数，便可以用较小的力来控制操作机械手输出较大的力。通过这样的结构，操作者可以根据力输入与反馈装置的实时输出与输入，使操作机械手能完成对易碎物品的抓取工作。
2.1 主机械手结构
目前市场上有各类不同的主从机械手，其中通用型的机械手使用较为广泛。机械手搭配多自由度的机械臂，使机械手能伸展到各个操作者想要到达的位置。本文描述的重点在与机械手上的力感反馈装置，实现操作者实时感受到从机械手的压力且能够实时将操作者所施加的压力传递到从机械手上，达到准确、实时的控制机械手操作。
2.2 力感反馈机械手主要结构
操作者通过主機械手的操作手爪，操作手爪由伺服电动机、小型涡轮蜗杆、压敏传感器，旋转编码器等组成。使用涡轮蜗杆机构是防止電动机断电后，在外力的作用下操作手爪张开距离发生变化，起到一个操作手爪断电后的自锁的作用。
从机械手的末端手爪如图2所示，末端手爪结构与操作手爪结构一致，由伺服电动机、小型涡轮蜗杆机构、压敏传感器，旋转编码器组成。支撑定位结构采用轻质高强度的铝合金材料。
3 力感反馈控制系统
系统开始时，将根据编码器的所记录的脉冲，计算出从机械手的末端手爪当前的张开程度，将主机械手上的操作手爪张开到同一位置。操作者对操作手爪施加压力，控制器根据操作手爪上的压敏电阻，将操作手爪上的输入压力与末端手爪上反馈的压力对比来控制末端手爪。
当末端手爪上的压敏传感器传送到控制器的值小于操作手爪上操作者所施加的压力，处于末端手爪未抓取到物体状态，或是末端手爪尚未抓牢物体。此时末端手爪张开距离继续缩小，根据编码器的脉冲，操作手爪的距离同步收拢。当末端手爪上的压敏传感器大于操作手爪上的压力，使用电动机控制末端手爪与操作手爪的张开。当操作者成功夹取某一物体时，可以选择保持这个压力，使末端手爪所给予物体的夹取力保持恒定。
4 结束语
本文主要对主从机械手的力感互相反馈进行了研究。设计了一种具有力输出与反馈主从机械手爪。针对不同的物体需要不同的夹持力度，设计了操作者可以在操作操作手爪时有一个实时的压力的输入与反馈以及末端手爪力感的反馈。采用了涡轮蜗杆的结构，保证了操作时候手爪张开距离只能由电动机单向控制。在确定机械手结构的基础之上，设计了控制系统的总体方案。
参考文献
[1] 陈忠凯.主从机械手夹持力感伺服系统控制研究[D].中国科学技术大学，2015.
[2] 肖英奎，李永强，谢龙，等.新型具有力感知的柔性果蔬采摘机械手研究[J].农机化研究，2017，39（10）：133-136.
[关键词]机械手；力感反馈；压力
中图分类号：TH322 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）32-0000-01
0 引言
随着社会科技的发展，人类对机械手研究越来越多，主从机械手属于一种操作者可以远程控制的机器人，操作者可以通过操作主机械手来控制从机械手。从机械手常常在一些极端、有害等不适合人类作业的环境下作业，通过从机械手上的摄像头将从机械手的环境传到操作者面前，操作者根据摄像头传来的影像资料来控制从机械手动作。
从国内外现有的现状看，虽然通用型机械手的通用性较高，能适应的环境较多。但是主从机机械手结构复杂，成本高，而产生的使用价值并不是很高，因此设计一套结构简单，成本较低，同时又能保证通用性的力反馈主从机械手具有重要的研究意义。
1 机械手夹持系统与工作原理
本文研制的力反馈主从机械手是由主机械手和从机械手以及控制器组成。操作者通过对主机械手上的操作手爪施加压力，根据操作手爪上的压敏传感器计算出所施加的压力，对控制器发送压力信号，控制器实时接收压敏传感器传递过来的压力。根据压力的变化，对操作机械手所做控制实时发生变化。控制器将操作者输出的压力信号与末端手爪上的压敏传感器反馈的压力对比。当控制手爪上，操作者输入的压力大于末端手爪上的压力时，操作机械手按照操作者的意图进行闭合操作。当控制手爪上，操作者所给予的压力小于末端手爪所反馈的压力时，操作机械手张开。当操作者所给予的压力等于反馈的压力时，末端手爪保持原有压力。整个控制组成如图1所示。
2 机械手总体结构
考虑到末端手爪部分与控制手爪如果机械结构与布局和运动方式不同，在操作时，操作者的操作感觉与正常使用手时的感觉完全不同。而且不同的结构也会影响到机械手的输入力的转换，需要进行运动的逆解运算才可以转换出所需要的力，会导致计算过程繁琐，控制系统转换控制延迟，控制不协调等问题。所以本文采用的机械手的控制手爪与末端手爪的结构相同，此结构也方便于输出力的放大，只需要在程序中加以输出力矩的放大倍数，便可以用较小的力来控制操作机械手输出较大的力。通过这样的结构，操作者可以根据力输入与反馈装置的实时输出与输入，使操作机械手能完成对易碎物品的抓取工作。
2.1 主机械手结构
目前市场上有各类不同的主从机械手，其中通用型的机械手使用较为广泛。机械手搭配多自由度的机械臂，使机械手能伸展到各个操作者想要到达的位置。本文描述的重点在与机械手上的力感反馈装置，实现操作者实时感受到从机械手的压力且能够实时将操作者所施加的压力传递到从机械手上，达到准确、实时的控制机械手操作。
2.2 力感反馈机械手主要结构
操作者通过主機械手的操作手爪，操作手爪由伺服电动机、小型涡轮蜗杆、压敏传感器，旋转编码器等组成。使用涡轮蜗杆机构是防止電动机断电后，在外力的作用下操作手爪张开距离发生变化，起到一个操作手爪断电后的自锁的作用。
从机械手的末端手爪如图2所示，末端手爪结构与操作手爪结构一致，由伺服电动机、小型涡轮蜗杆机构、压敏传感器，旋转编码器组成。支撑定位结构采用轻质高强度的铝合金材料。
3 力感反馈控制系统
系统开始时，将根据编码器的所记录的脉冲，计算出从机械手的末端手爪当前的张开程度，将主机械手上的操作手爪张开到同一位置。操作者对操作手爪施加压力，控制器根据操作手爪上的压敏电阻，将操作手爪上的输入压力与末端手爪上反馈的压力对比来控制末端手爪。
当末端手爪上的压敏传感器传送到控制器的值小于操作手爪上操作者所施加的压力，处于末端手爪未抓取到物体状态，或是末端手爪尚未抓牢物体。此时末端手爪张开距离继续缩小，根据编码器的脉冲，操作手爪的距离同步收拢。当末端手爪上的压敏传感器大于操作手爪上的压力，使用电动机控制末端手爪与操作手爪的张开。当操作者成功夹取某一物体时，可以选择保持这个压力，使末端手爪所给予物体的夹取力保持恒定。
4 结束语
本文主要对主从机械手的力感互相反馈进行了研究。设计了一种具有力输出与反馈主从机械手爪。针对不同的物体需要不同的夹持力度，设计了操作者可以在操作操作手爪时有一个实时的压力的输入与反馈以及末端手爪力感的反馈。采用了涡轮蜗杆的结构，保证了操作时候手爪张开距离只能由电动机单向控制。在确定机械手结构的基础之上，设计了控制系统的总体方案。
参考文献
[1] 陈忠凯.主从机械手夹持力感伺服系统控制研究[D].中国科学技术大学，2015.
[2] 肖英奎，李永强，谢龙，等.新型具有力感知的柔性果蔬采摘机械手研究[J].农机化研究，2017，39（10）：133-136.