器 19和齒形帶20等。操作者轉(zhuǎn)動(dòng)手輪15,二號編碼器16記錄了手輪15的轉(zhuǎn)動(dòng)位移，轉(zhuǎn)動(dòng)位移信 號作為夾持位置指令通過現(xiàn)場總線傳送到夾持裝置的一號處理器中。一號處理器的功能是 控制V型定位夾持臂8移動(dòng)到指令位置，在此過程中須考慮夾持力反饋信息，實(shí)現(xiàn)柔順夾持。 同時(shí)，一號處理器還要將壓力傳感器檢測到的壓力信息通過現(xiàn)場總線傳送到手動(dòng)操作設(shè)備 中。手輪15轉(zhuǎn)軸、整磁粉制動(dòng)器19W及齒形帶20構(gòu)成傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，手動(dòng)操作設(shè)備根據(jù)壓力信息 調(diào)整磁粉制動(dòng)器19的驅(qū)動(dòng)電流，進(jìn)而調(diào)整操作手輪15上的阻尼力矩，操作者通過手輪上的 阻尼力矩就能感知夾持裝置的受力情況。
[0045] 夾持裝置中的雙向螺桿是在一根有兩段旋向不同的螺紋的螺桿，一段右旋螺紋， 一段左旋螺紋。在本實(shí)施方式中，左右螺母分別連接左右兩個(gè)夾持臂。當(dāng)螺桿旋轉(zhuǎn)時(shí)，兩個(gè) 夾持臂隨螺母快速趨近或分離，從而完成需要的夾持動(dòng)作。與滾珠絲杠傳動(dòng)方式相比，螺桿 傳動(dòng)的最大優(yōu)點(diǎn)是能自鎖。運(yùn)樣可W-方面可W防止在夾持時(shí)突然斷電造成被夾持物的脫 落，另一方面在夾持裝置姿態(tài)發(fā)生變化時(shí)，無需考慮夾持臂重力對夾持的影響。
[0046] V型定位夾持臂的結(jié)構(gòu)如圖3所示。V型定位夾持臂由剛體和娃橡膠貼裝層兩部分 構(gòu)成。在娃橡膠貼裝層中埋置壓力傳感器。V型定位夾持具有夾持牢靠、定位準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)。娃 橡膠貼裝層保證了 V型定位夾持臂與工件的柔性接觸，并且可W消除壓力傳感器安裝過程 中的預(yù)應(yīng)力。
[0047] 夾持裝置的電機(jī)可W選擇直流有刷電機(jī)、直流無刷電機(jī)或交流伺服電機(jī)等。電氣 部分W-號處理器為核屯、，如圖4所示，一號處理器可采用單片機(jī)、DSP、ARM、FPGA等實(shí)現(xiàn)，一 號處理器的內(nèi)置PWM單元通過驅(qū)動(dòng)電路12連接電機(jī)3的控制信號輸入端，一號編碼器4的信 號輸出端通過一號差分/riL電平轉(zhuǎn)換電路連接一號處理器的內(nèi)置計(jì)數(shù)器，各部分功能如 下：
[0048] 定時(shí)器:定時(shí)器在系統(tǒng)復(fù)位后啟動(dòng)，定時(shí)器工作周期設(shè)定為1ms。在定時(shí)中斷服務(wù) 程序中，完成閉環(huán)巧制算法；
[0049] pmi單元:主要完成脈寬調(diào)制信號的發(fā)生，pmi信號用W驅(qū)動(dòng)電機(jī)主回路的功率器 件，進(jìn)而改變加在電機(jī)電樞的平均電壓，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行；
[0050] 計(jì)數(shù)器：用于讀取編碼器發(fā)來的信號，一號處理器根據(jù)該信號和系統(tǒng)機(jī)械傳動(dòng)比 例關(guān)系，即可獲得兩個(gè)夾持臂之間的距離；
[0051] CAN總線接口 ：通過CAN總線接口，可實(shí)現(xiàn)夾持裝置的參數(shù)設(shè)置、外部操作指令下 達(dá)、W及現(xiàn)場力反饋的回傳等;設(shè)置的參數(shù)包括力/位移轉(zhuǎn)換參數(shù)、夾持力極限參數(shù)、夾持臂 位置極限參數(shù)、期望夾持力參數(shù)設(shè)定等，外部下達(dá)的操作指令是夾持位置指令；
[0052] A/D轉(zhuǎn)換接口 ：通過A/D轉(zhuǎn)換接口，夾持臂上的壓力傳感器信號經(jīng)過信號調(diào)理單元 將夾持力信息傳入處理器；
[0053] GPI0單元(通用輸入輸出單元）：該單元主要完成夾持臂左右限位和系統(tǒng)機(jī)械零位 的讀取。
[0054]
【具體實(shí)施方式】二：結(jié)合圖5和圖6說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是對實(shí)施方式一所 述的一種力/位混合柔順控制的夾持裝置的進(jìn)一步限定，本實(shí)施方式中，一號處理器內(nèi)嵌入 夾持控制模塊，所述夾持控制模塊包括w下單元：
[0055] 位置指令接收單元:接收位置指令；
[0056] 壓力采集單元:采集壓力傳感器發(fā)來的壓力信號；
[0057] 壓力信號發(fā)送單元:將壓力傳感器發(fā)來的壓力信號發(fā)送給手操設(shè)備；
[0058] 力反饋等效位移獲得單元:利用力/位移轉(zhuǎn)換函數(shù)將采集到的壓力信號轉(zhuǎn)換為力 反饋等效位移；
[0059] 夾持臂當(dāng)前位置獲得單元:將一號編碼器4發(fā)來的信號轉(zhuǎn)換為夾持臂當(dāng)前位置信 息；
[0060] 位移偏差計(jì)算單元：計(jì)算位移偏差，所述位移偏差二位置指令一力反饋等效位 移一夾持臂當(dāng)前位置；
[0061] 電機(jī)控制信號發(fā)送單元:利用閉環(huán)控制算法(如PID控制算法)將所述位移偏差轉(zhuǎn) 換為電機(jī)控制信號，并將該電機(jī)控制信號發(fā)送給驅(qū)動(dòng)電路12。
[0062] 夾持裝置的工作流程和原理如圖5和圖6所示。壓力傳感器的信號經(jīng)過力/位置轉(zhuǎn) 換函數(shù)變?yōu)榱Ψ答伒刃灰坪?，對位置設(shè)定進(jìn)行修正，修正后的位置設(shè)定再對夾持臂進(jìn)行 位置調(diào)整，最終達(dá)到新的平衡狀態(tài)。當(dāng)壓力信號較大時(shí)，相應(yīng)的力反饋等效位移也較大，夾 持臂之間的寬度會增加，從而實(shí)現(xiàn)了柔順控制。其中，力/位移轉(zhuǎn)換函數(shù)可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)定。
【具體實(shí)施方式】 [0063] 結(jié)合圖7說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是對實(shí)施方式二所述的一 種力/位混合柔順控制的夾持裝置的進(jìn)一步限定，本實(shí)施方式中，力反饋等效位移獲得單元 中的力/位移轉(zhuǎn)換函數(shù)為：
[0064]
[0065] 其中，d為力反饋等效位移，f為V型定位夾持臂8所承受的壓力，ki、k2和k3分別為欠 壓力夾持區(qū)、壓力夾持區(qū)和過壓力夾持區(qū)的增益系數(shù)，時(shí)為欠壓力夾持區(qū)的壓力上限，fi為 過壓力夾持區(qū)的壓力下限。柔順控制過程中最重要的是基于壓力分區(qū)處理的增益分段式力 反饋等效位移法，原理如圖7所示。力/位移轉(zhuǎn)換函數(shù)通常與被夾持物的性狀有關(guān)。為簡單起 見，我們將力/位移轉(zhuǎn)換函數(shù)設(shè)置為如圖7所示的分段線性的形式。其中，f由處理器通過壓 力傳感器獲得。如圖7可知力/位移轉(zhuǎn)換函數(shù)關(guān)系分為3段：
[0066] l、〇yy〇屬于欠壓力夾持區(qū)，運(yùn)一范圍的增益為ki，增益較低，在此區(qū)域內(nèi)的壓 力反饋等效位移是：
[0067] d = kif ,0 < f < fo
[0068] 在此區(qū)域，由于夾持壓力較小，相應(yīng)的力反饋等效位移也較小，此時(shí)反饋主要由編 碼器位移決定。
[00例 2、fo y 屬于壓力夾持區(qū)，運(yùn)個(gè)范圍的增益為k2,屬于中等增益，夾持裝置能夠 正常夾持物體的工作夾持力（即標(biāo)稱夾持力）即分布在運(yùn)一區(qū)域：
[0070] d = kifo+k2(f-fo) ,fo < f < f 1
[0071] 此時(shí)系統(tǒng)的編碼器位移與力反饋等效位移在反饋中所占的權(quán)重相當(dāng)，反饋由運(yùn)兩 個(gè)因素共同決定。
[0072] 3、f >fi屬于過壓力夾持區(qū)（或稱為破壞性夾持區(qū)），運(yùn)個(gè)范圍的增益為k3,為高增 益。若夾持裝置W運(yùn)個(gè)范圍的力進(jìn)行夾持操作，被夾工件會因夾持力過大而受到破壞。為 此，我們將該增益設(shè)置為最高：
[0073] d = kifo+k2(h-fo)+k3(f-fi) ,f > f2
[0074] 此時(shí)系統(tǒng)反饋主要由力反饋等效位移決定。
[0075] 為使夾持裝置具有更好的適應(yīng)性，力/位移轉(zhuǎn)換函數(shù)的關(guān)鍵參數(shù)即增益切換點(diǎn)時(shí)、 fi，W及增益系數(shù)ki、k2、k河通過串口輸入到一號處理器中。
[0076] 本實(shí)施方式采用基于壓力分區(qū)處理的增益分段式力反饋等效位移法，對力反饋進(jìn) 行處理，使力/位混合反饋型柔順控制得W實(shí)現(xiàn)，從自動(dòng)控制角度保證了柔性夾持，并具有 較好的可操作性。
【具體實(shí)施方式】 [0077] 四：結(jié)合圖5說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是對實(shí)施方式二所述的一 種力/位混合柔順控制的夾持裝置的進(jìn)一步限定，本實(shí)施方式中，所述夾持控制模塊還包 括：
[0078] 壓力闊值比較單元:判斷采集到的壓力信號是否超出闊值，并在判斷結(jié)果為是時(shí) 結(jié)束所述夾持控制模塊的運(yùn)行，在判斷結(jié)果為否時(shí)重新啟動(dòng)壓力闊值比較單元。
[0079] 壓力闊值可通過串口輸入到一號處理器中。壓力闊值比較單元能夠避免夾持裝置 因夾持力過大而損壞。
【具體實(shí)施方式】 [0080] 五:結(jié)合圖5說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是對實(shí)施方式二所述的一 種力/位混合柔順控制的夾持裝置的進(jìn)一步限定，本實(shí)施方式中，所述夾持控制模塊還包 括：
[0081] 位置闊值比較單元:根據(jù)夾持臂當(dāng)前位置信息判斷夾持臂當(dāng)前位置是否超出夾持 臂的位置限制，并在判斷結(jié)果為是時(shí)結(jié)束所述夾持控制模塊的運(yùn)行，在判斷結(jié)果為否時(shí)重 新啟動(dòng)位置闊值比較單元。
[0082] 位置闊值可通過串口輸入到一號處理器中。位置闊值比較單元能夠避免夾持裝置 因位移過大而損壞。
【具體實(shí)施方式】 [0083] 六:本實(shí)施方式是對實(shí)施方式一所述的一種力/位混合柔順控制的 夾持裝置的進(jìn)一步限定，本實(shí)施方式中，滑臺6上表面設(shè)置的凹槽為燕尾槽。
[0084] 燕尾槽導(dǎo)軌對夾持臂具有導(dǎo)向和支撐作用，與直線導(dǎo)軌相比，燕尾槽導(dǎo)軌具有更 大的承重力，可W保證夾持機(jī)構(gòu)能承受較大的載荷；
【具體實(shí)施方式】 [0085] 屯:結(jié)合圖2說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是對實(shí)施方式一所述的一 種力/位混合柔順控制的夾持裝置的進(jìn)一步限定，本實(shí)施方式中，雙向螺桿7的一端和減速 器5的輸出軸上分別設(shè)置有一號齒輪17和二號齒輪18,一號齒輪17和二號齒輪18曬合，且傳 動(dòng)比為1。
[0086] 本實(shí)施方式中，減速器5通過兩個(gè)齒輪帶動(dòng)雙向螺桿7轉(zhuǎn)動(dòng)。齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)能夠保 證夾持裝置的位置控制精度。
【具體實(shí)施方式】 [0087] 八:結(jié)合圖8和圖9說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是與實(shí)施方式一所 述的一種力/位混合柔順控制的夾持裝置相配合的手操設(shè)備，該手操設(shè)備包括手輪15、二號 編碼器16、磁粉制動(dòng)器19、齒形帶20、Ξ號齒輪21、四號齒輪22、二號處理器、二號差分/TTL 電平轉(zhuǎn)換電路、Η橋驅(qū)動(dòng)器25和霍爾電流傳感器；
[0088] Ξ號齒輪21套固在手輪15的轉(zhuǎn)軸上，四號齒輪22套固在磁粉制動(dòng)器19上