多功能负载自适应机械灵巧手的智能化控制系统和方法与流程

1.本发明属于机械灵巧手技术领域，具体的说，涉及一种多功能负载自适应机械灵巧手的智能化控制系统和方法。


背景技术：

2.目前，机器人领域在智能科技快速发展的前景下正在取得高速发展，逐渐转变为成熟的高新技术密集的机电一体化产品；多功能负载机械灵巧手的发展属于智能领域的一个阶段性发展，经过调查研究发现，在市面上的实际生产生活应用极少，很多的产品几乎都是处于科研机构、高等学校的研究开发阶段；面对市场层面几乎空白的应用领域，未来可见，智能负载机械灵巧手的市场价值空间非常大，是智能机器人发展领域的一个风口指向标。
3.对于多指机械灵巧手的智能抓持，是位置协调控制的一个技术难题；研发一款多功能负载仿人机械灵巧手来实现搬运、更换危险刀具、机器装配等智能自动化控制，能提高劳动生产率和降低生产成本；在恶劣环境条件（如：高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空间狭窄的场合）中，机械灵巧手替代人可实现高难度作业，改善复杂环境的生产条件；医疗器械领域，残疾障碍人士应用仿人低负载的机械灵巧手，完成日常生活自理。军工方面，仿人机械灵巧手结合电动遥控运载平台，可以实现远程排雷防爆，自动发射武器攻击目标等等。总之，应用仿人机械灵巧手既能减少人力成本，又能高效、高质量、高精度的准确的控制生产产品质量。
4.综上，如何有效的实际应用机械灵巧手，是未来机器人智能发展领域的必然趋势；然而，市场中缺少有效控制机械灵巧手作业能力的控制系统、驱动装置，并且现有的机械灵巧手的控制性能技术方面单一、实时通讯受干扰、机机/人机间互动性不友好、无线遥控距离受限、以及控制重复定位精度差。


技术实现要素：

5.本发明要解决的主要技术问题是提供一种能够在恶劣条件的环境中自我适应调节控制，并且能够基于特定声色识别进行控制机械灵巧手，感应手势姿态，并且能够进行无线加密通讯遥控的多功能负载自适应机械灵巧手的智能化控制系统和方法。
6.为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：多功能负载自适应机械灵巧手的智能化控制系统，包括手套控制系统、机械灵巧手控制系统和无线遥控装置，所述手套控制系统负责采集手套上各手指柔性传感器的模拟量信号，并将信号通过无线通讯协议与机械灵巧手控制系统进行对接；所述机械灵巧手控制系统通过接收“对接”信号，将信号对应控制指令，进而驱动机械灵巧手进行动作。
7.以下是本发明对上述技术方案的进一步优化：所述手套控制系统包括手套侧上位机系统和手套侧硬件系统，所述手套侧硬件系统包括遥控无线手套、供电模块a、无线传输模块a、柔性传感器、数模转换模块a、低压报警
装置a；供电模块a、无线传输模块a、柔性传感器、数模转换模块a、低压报警装置分别与手套侧上位机系统电性连接。
8.进一步优化：所述机械灵巧手控制系统包括灵巧手侧下位机系统和灵巧手侧硬件系统，所述灵巧手侧硬件系统包括：供电模块b、控制模块、无线传输模块b、数模转换模块b、低压报警装置b、舵机动力模块；所述供电模块b、控制模块、无线传输模块b、数模转换模块b、低压报警装置b、舵机动力模块分别与灵巧手侧下位机系统电性连接。
9.进一步优化：所述无线传输模块a和无线传输模块b采用无线通讯连接，所述无线传输模块a发出指令，所述无线传输模块b用于接受指令。
10.进一步优化：所述数模转换模块a通过数模转换，转化成直接比例控制内置动力系统行程的模拟信号，而后通过无线传输模块a发送至机械灵巧手控制系统内；数模转换模块b能够通过数模转换，转化成可直接比例控制内置动力系统行程的模拟信号。
11.进一步优化：机械灵巧手上安装有超声波阵列传感器、拉力感应传感器，所述超声波传感器用于路径避障，防止碰撞；拉力感应传感器的作用是实时检测舵机拉力大小、机械手指的弯曲角度大小，并即时反映机械手的姿态位置状况信息。
12.进一步优化：还包括特定人声色识别模块，所述特定人声色识别模块包括数据库，语音识别转换模块和语音驱动接口；人工通过训练特定人声色语音至数据库，当模块收集到已录入的关键词时，将信息码值发至控制驱动接口，完成最终的声色识别控制。
13.进一步优化：还包括重力自感应姿态平衡模块，所述重力自感应姿态平衡模块由陀螺仪、姿态感应器、重力感应集成电路、供电单元构成，所述陀螺仪、姿态感应器、重力感应、供电单元分别与灵巧手侧下位机系统电性连接。
14.进一步优化：所述舵机动力模块包括五个伺服数字舵机单元和平衡数字舵机组成，所述控制模块与舵机动力模块的控制端电性连接，所述控制模块是通过接收来自特定声色语音控制模块，以及无线遥控装置端发出的动作程序指令，进行各个舵机的动作执行。
15.一种多功能负载自适应机械灵巧手的智能化控制方法，基于上述多功能负载自适应机械灵巧手的智能化控制系统，该控制方法的步骤如下：步骤1，智能化控制系统开始运行：机械灵巧手操控者根据自身需要，按照正确、规范、安全的操作流程，启动该多功能、自适应机械两翘首的控制系统；步骤2，无线接收发射器，进行高速网络接传加密：机械灵巧手控制系统运行后，通讯编码器模块开始工作，第一次连接加密拨码由操控人实施，后续上电即可自动连接运行；步骤3，供电模块、平衡模块：该灵巧手控制系统运行后，供电模块开始伺服上电，为各路电路集成板、驱动电机提供稳定的电源；平衡模块通电后，通过步骤2的无线接收发射器开始自校准误差反馈数据参数，使得系统开始为稳定控制做准备，进入待机，准备进入步骤4；步骤4，编码加密、指令扫描等待：机械灵巧手控制系统启动后，通过循环扫描手套控制指令、特定人声色识别指令、无线遥控装置按钮指令，三个方向的指令循环读取，没有收到信号则进行等待；步骤5，人机交互控制机械灵巧手：机械灵巧手的嵌入式控制器通过以上步骤发出
控制指令，控制模块将指令信号发至驱动装置，然后驱动伺服舵机单元模块、动力模块，进而使得机械灵巧手能够按照指令完成相应的动作；步骤6，自适应调整、数据反馈：通过声色识别、无线遥控装置、手套姿态控制机械手动作过程中，控制系统实时反馈补偿数据给控制器，并进行自我优化，该步骤实时伴随于步骤5实施过程中；步骤7，控制系统工作结束：通过控制软件界面或者关闭电源按钮发送停止信号，机械灵巧手会自动执行归位、返回作业原点的控制程序。
16.本发明采用上述技术方案，构思巧妙，结构合理，采用无线高速加密传输拨码通讯，利用无线手套的姿态变化控制、特定人音色训练识别，以及无线遥控装置软件的功能按钮的方式，实时收集筛选有效控制信息，通过智能控制算法将声色识别检测、优先级排序发送指令给驱动控制模块，以此来完成不同安全等级、高精度的控制动作。
17.当操作者发送单动机械手指指令时，机械手指会实时根据无线手套的姿态、有效声色识别的语音信息、软件功能按键的要求，进行单动动作，可进行手指1、手指2、手指3、手指4、手指5的动作，当操作者停止姿态动作或者超出机械手的动作范围，机械灵巧手都会相应的停止。
18.当操作者发出抓取、握紧、松开、缩回动作后，五个机械手指会同时进行动作实现抓取目标的功能。
19.当机械灵巧手碰到障碍物后，会自主进行一段安全距离规避动作，实现自主防护功能。
20.当机械灵巧手在运动路径过程中遇到非目标物的障碍物时，系统会自动进行避障路径重新规划的动作，与此同时，可随时停止动作。当机械灵巧手收到“返回”指令后，会回到初始化状态。
21.本发明的机械灵巧手通讯方式进行加密技术设置，不受外界信号干扰，并且可通过拨码指定特定的通讯通道，实时信号接收发送、交互性强。
22.本发明能够弥补当前机械灵巧手控制功能单一、重复定位精度差、受外界环境干扰较强、自主防护等级不足的缺点，以此来填补操控者更为便捷的最优的控制方式，实现与本发明的机械灵巧手更为人性友好的交互、设备间主动防护，也能在特定人声色识别的情况下更好的交互信息，实时的进行多元化、高效控制动作。
23.本发明的控制系统和方法明显区别于市面上已有的机械手控制方式，不仅是智能多功能选择控制模式（手套、声色识别、无线遥控装置），还能在可操作范围内进行自主设定安全防护等级，控制精度需求，更能自主防护；更能融入社会生产生活中，人机间、设备间都能友好交互并存，有着非常广阔的应用空间，智能家居、医疗辅助器械、自动化生产加工制造、军事领域应用等等，结合其他接口平台都能融入到各种生产生活场合中。
24.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
附图说明
25.图1为本发明实施例中控制系统的原理框图；图2为本发明实施例中机械灵巧手的基本架构图；图3为本发明实施例中机械灵巧手系统供电模块的示意图；
图4为本发明实施例中机械灵巧手的结构示意图；图5为本发明实施例中无线遥控装置模块示意图；图6为本发明实施例中语音模块系统框图；图7为本发明实施例中控制模块图；图8为本发明实施例中的程序框图。
具体实施方式
26.如图1-8所示：一种多功能负载自适应机械灵巧手的智能化控制系统，包括手套控制系统、机械灵巧手控制系统和无线遥控装置，所述手套控制系统负责采集手套上各手指柔性传感器的模拟量信号，并将信号通过无线通讯协议与机械灵巧手控制系统进行对接；所述机械灵巧手控制系统通过接收“对接”信号，将信号对应控制指令，进而驱动机械灵巧手进行动作。
27.所述手套控制系统包括手套侧上位机系统和手套侧硬件系统，所述手套侧硬件系统包括遥控无线手套、供电模块a、无线传输模块a、柔性传感器、数模转换模块a、低压报警装置a。
28.所述供电模块a、无线传输模块a、柔性传感器、数模转换模块a、低压报警装置分别与手套侧上位机系统连接。
29.所述机械灵巧手控制系统包括灵巧手侧下位机系统和灵巧手侧硬件系统，所述灵巧手侧硬件系统包括：供电模块b、控制模块、无线传输模块b、数模转换模块b、低压报警装置b、舵机动力模块。
30.所述供电模块b、控制模块、无线传输模块b、数模转换模块b、低压报警装置b、舵机动力模块分别与灵巧手侧下位机系统连接。
31.所述柔性传感器是针对遥控无线手套的设计，所述柔性传感器包括多个扭曲弯度传感器，扭曲弯度传感器固定安装在遥控无线手套的五指上，且扭曲弯度传感器沿遥控无线手套的各个手指进行布设，所述扭曲弯度传感器与手套侧上位机系统电性连接，所述扭曲弯度传感器通过机械弯度变化，将模拟量电信号实时反馈至手套侧上位机系统内。
32.所述扭曲弯度传感器为现有技术，是一种通过改变自身电阻值，进而转换为连续模拟电信号的设备，遥控无线手套的五指上分别设置有扭曲弯度传感器，通过扭曲弯度传感器来检测使用者五指发生的改变。
33.所述供电模块a与uno核心控制板电性连接，所述供电模块a输出5伏电源，用于为无线传输模块a电性连接。
34.所述低压报警装置a采用锂电池2-8s蜂鸣器，所述低压报警装置a用于对锂电池a内的总电压实时显示，并且当锂电池a的电压过低时报警。
35.所述锂电池a安装在遥控无线手套上，用于为遥控无线手套上的各零部件进行供电。
36.供电模块a的集成电路带有过载、过流防护。
37.所述数模转换模块a与手套侧上位机系统电性连接，所述数模转换模块a能够通过数模转换，转化成可直接比例控制内置动力系统行程的模拟信号，而后通过无线传输模块a发送至机械灵巧手控制系统内。
38.所述供电模块b分别与arduino mega 2560和无线传输模块b电性连接，所述供电模块b用于为arduino mega 2560和无线传输模块b进行供电。
39.所述无线传输模块a和无线传输模块b采用无线通讯连接，所述无线传输模块a发出指令，所述无线传输模块b用于接受指令。
40.所述数模转换模块b与灵巧手侧下位机系统电性连接，所述数模转换模块b能够通过数模转换，转化成可直接比例控制内置动力系统行程的模拟信号。
41.所述低压报警装置b采用锂电池2-8s蜂鸣器，所述低压报警装置b用于对锂电池b内的总电压实时显示，并且当锂电池b的电压过低时报警。
42.所述锂电池b安装在机械灵巧手上，用于为机械灵巧手上的各零部件进行供电。
43.所述舵机动力模块由五个伺服数字舵机单元、嵌入式stm32板卡、电源控制板构成，通过自主设计的迷你式pcb电路集成板，多层贴片浇铸合成，重量轻，电源集中分配保护。手指动力舵机、平衡数字舵机即使卡在一直处于咬合状态，舵机长时间到达不到目标角度一直处于大电流状态也不会烧伺服数字舵机，其动作过程一致受电源控制板过流保护单元进行过载保护作用。开关电源版为双电源供电，供电模块可输出12伏电源，和5伏电源，外加无线调压电位器+舵机控制板，最大可控制16路数字伺服舵机的同步连续动作，这种伺服舵机单元模块的模块化快插设计安全可靠。
44.如图4所示，所述机械灵巧手的
②
、
④
位置上安装有超声波阵列传感器、拉力感应传感器，所述超声波传感器用于路径避障，防止碰撞；拉力感应传感器的作用是实时检测舵机拉力大小、机械手指的弯曲角度大小，并即时反映机械手的姿态位置状况信息。
45.所述拉力感应传感器的输出端与灵巧手侧下位机系统电性连接，所述拉力感应传感器反馈伺服舵机的力度大小，防止超过设定的大小范围，造成设备损坏。
46.在本实施例中，所述机械灵巧手所有的传感器都是拔插式的，可活动，方便更换维护。
47.如图4所示，所述机械灵巧手的
③
号位置可插入双目视觉摄像头进行远程控制辅助，这样以来就给机械灵巧手增加了一双“眼睛”，方便远程视频遥控。
48.所述遥控无线手套是该控制系统的“遥控侧”，它主要由柔性传感器、无线传输模块a、供电模块a构成，能够通过无线通讯发送指令给机械灵巧手控制系统。
49.所述无线传输模块a，是遥控无线手套与机械灵巧手通讯的“桥梁”，实现无线数据信息传送的功能。
50.所述无线遥控装置是除了遥控无线手套外的另一选择，所述无线遥控装置发出控制信号并通过无线通讯协议与机械灵巧手控制系统进行对接；所述机械灵巧手控制系统通过接收“对接”信号，将信号对应控制指令，进而驱动相应的舵机动作。
51.所述无线遥控装置是使用objective-c、swift这两种苹果app开发语言，基于操作系统mac os x上所运行的集成开发工具xcode，结合当前流行的软件app开源代码，自主开发设计的一款在os系统中使用的控制软件。
52.所述无线遥控装置通过通信编码模块与无线传输模块b加密通讯连接，所述无线遥控装置通过通信编码模块和无线传输模块b与机械灵巧手控制系统进行数据传输。
53.通过无线加密通讯连接，数据传输，机械灵巧手操作者在软件界面上通过操控按键，可自主编程连续动作，也可实时遥控机械手单步动作，而且还可以存储一段编程动作，
循环反复控制动作。
54.实现对机械灵巧手的基本运动操控（手指1、2、3、4、5单动，抓取/松开动作，收紧/缩回动作，等等），结合实时、高精度数据传输反馈，能有效应用于远程作业（智能生产制造、医疗辅助器械、军事行动等），实现对特种恶劣条件环境状况下的人力替代。
55.所述无线传输模块a和无线传输模块b如图1、图2所示，它是由局域网通讯、acii码加密传送技术协议、以及红外nrf24l01蓝牙模块构成的长距离、稳定性通讯网络。
56.在发射端，柔性传感器在手套弯曲过程，物理信号转变为模拟量电信号，将实时变化量、重量数据通过无线通讯编码模块与接收端的机械灵巧手进行全双工、点对点、实时信号握手交互，完美的抗干扰。新版nano v3.0 ch340g改进版atmega328p开发板usb转ttl稳定性强，受外部环境影响的几率非常小，通过多次样机实验验证，其控制可靠性、长距离通讯即时性非常稳定，若通过ap加强信号输送，最远测试通讯距离可延长至上千米距离，另外，若配备远程双目视觉辅助，能近乎真人即使动作的效果。
57.所述无线传输模块a和无线传输模块b在控制系统中作为软硬件之间的接口桥梁，实现信号不受干扰的进行高速传输交互，是控制系统中非常重要的单元模块；它还具有接口扩展功能，为双目视觉摄像头的置入做好铺垫。
58.所述图3，是提供开关电源版为双电源供电原理图，供电模块可输出12伏电源，和5伏电源；集成电路带有过载、过流防护，能对重要的舵机动力模块进行有效防护，避免重大损失。
59.在此，根据不同应用场合，伺服舵机的型号可以自主替换，以此来实现对不同载重物体目标的需求；舵机动力模块的舵机，通过上述无线遥控装置、手套姿态控制、语音识别的指令输出，可以实现五指的单动动作，配合控制系统完成终端执行动作；另外，操控者还可以进行连续、循环动作控制的需求。
60.多功能负载自适应机械灵巧手的智能化控制系统还包括特定人声色识别模块，所述特定人声色识别模块如图6所示，所述特定人声色识别模块包括数据库，语音识别转换模块和语音驱动接口。
61.所述人工通过训练特定人声色语音至数据库，当模块收集到已录入的关键词时，通过识别算法，将64字节信息码值发至控制驱动接口，完成最终的声色识别控制。
62.从图6可知，语音检测通过关键词、既有的云台数据库，通过语音识别转换模块，进行筛选、识别、转换，通过第一代样机的实验数据得出结论，可知，特定人的声色识别正确率高达93%；对于特定人声色识别模块的识别控制，结合远程编码通讯，能实现与上述无线遥控装置软件实施所述的所有功能控制，在此就不在赘述。
63.所述的特定人声色识别模块是基于云服务平台语音库，stm32芯片模块，针对能训练成特定人声色控制输出，结合最优算法，有模板匹配方法（利用动态时间弯折以对准训练和测试特征序列，主要用于固定词组的应用）、最近邻方法（训练时保留所有特征矢量，识别时对每个矢量都找到训练矢量中最近的k个，据此进行识别）、神经网络方法、隐式马尔可夫模型方法、聚类方法、多项式分类器方法等，形成软硬结合的模块化接口设计，通过高速3.0串口通讯，操控者可通过三种方式进行烧录语音程序，另外可直接插入内存卡读取信息；该模块能从复杂声音环境中筛选自己已训练的特定人声音，排除无用的声音信息。该模块扫描方式有三种：一个是循环扫描式，一个为编码加密口令输入模式，最后一个是单选动作模
式，特定操控者可按需进行自我选择最优方案。
64.多功能负载自适应机械灵巧手的智能化控制系统还包括重力自感应姿态平衡模块，所述重力自感应姿态平衡模块如图2所示，所述重力自感应姿态平衡模块由陀螺仪、姿态感应器、重力感应集成电路、供电单元构成。
65.所述陀螺仪、姿态感应器、重力感应、供电单元分别与灵巧手侧下位机系统电性连接。
66.在机械灵巧手握紧物体的情况下，在姿势动作活动中全程保持、达到或者恢复到平衡状态的目标。
67.在图8中可知，重力感应平衡数据实时反馈给控制指令发出的三个方向，以此来实时校准、补差误差数据参数，达到高精度的实时控制要求，提高准确性。
68.所述控制模块与舵机动力模块的控制端电性连接，所述控制模块是通过接收来自特定声色语音控制模块，以及无线遥控装置端发出的动作程序指令，进行机械灵巧手的动作执行。
69.所述控制模块的指令包含有：手指1动作指令、手指2动作指令、手指3动作指令、手指4动作指令、手指5动作指令、机械手抓取指令、机械手松手指令、机械手握紧指令、机械手缩回指令、机械手碰撞回避自保护指令、机械手自主避障指令、机械手重量感知指令、机械手正手反手指令、自主编程存储动作指令1、自主编程存储动作指令2、自主编程存储动作指令3，等等，通过该控制模块实现操作者最终的目标需求。
70.所述控制模块的指令包括如下：1）、当控制模块发出手指1动作指令时，无线手套、特定声色语音控制模块或者无线遥控装置识别、检测发出指令信号，确认指令后反馈给控制系统，解析指令信息给舵机动力模块，此时驱动手指1的拉力伺服数字舵机动作一定距离，产生手指1伸缩的动作。
71.2)、当控制模块发出手指2动作指令时，无线手套、特定声色语音控制模块或者无线遥控装置识别、检测发出指令信号，确认指令后反馈给控制系统，解析指令信息给舵机动力模块，驱动手指2的拉力伺服数字舵机动作一定距离，产生手指2伸缩的动作。
72.3)、当控制模块发出手指3动作指令时，无线手套、特定声色语音控制模块或者无线遥控装置识别、检测发出指令信号，确认指令后反馈给控制系统，解析指令信息给舵机动力模块，驱动手指3的拉力伺服数字舵机动作一定距离，产生手指3伸缩的动作。
73.4)、当控制模块发出手指4动作指令时，无线手套、特定声色语音控制模块或者无线遥控装置识别、检测发出指令信号，确认指令后反馈给控制系统，解析指令信息给舵机动力模块，驱动手指4的拉力伺服数字舵机动作一定距离，产生手指4伸缩的动作。
74.5)、当控制模块发出手指5动作指令时，无线手套、特定声色语音控制模块或者无线遥控装置识别、检测发出指令信号，确认指令后反馈给控制系统，解析指令信息给舵机动力模块，驱动手指5的拉力伺服数字舵机动作一定距离，产生手指5伸缩的动作。
75.6)、当控制模块发出抓取动作指令时，无线手套、特定声色语音控制模块或者无线遥控装置识别、检测发出指令信号，确认指令后反馈给控制系统，解析指令信息给舵机动力模块，驱动五个手指的拉力伺服数字舵机同时动作一定距离，产生机械灵巧手抓取的动作。
76.7)、当控制模块发出松开动作指令时，无线手套、特定声色语音控制模块或者无线遥控装置识别、检测发出指令信号，确认指令后反馈给控制系统，解析指令信息给舵机动力
模块，驱动五个手指的拉力伺服数字舵机同时动作一定距离，产生机械灵巧手松开的动作。
77.8)、当控制模块发出收紧动作指令时，无线手套、特定声色语音控制模块或者无线遥控装置识别、检测发出指令信号，确认指令后反馈给控制系统，解析指令信息给驱动装置，驱动五个手指的拉力伺服数字舵机同时动作一定距离，产生机械灵巧手收紧的动作。
78.9)、当控制模块发出缩回动作指令时，无线手套、特定声色语音控制模块或者无线遥控装置识别、检测发出指令信号，确认指令后反馈给控制系统，解析指令信息给舵机动力模块，驱动五个手指的拉力伺服数字舵机同时动作一定距离，产生机械灵巧手缩回的动作。
79.10)、当控制模块发出动作指令过程中，机械灵巧手碰到障碍物，会激活碰撞回避保护指令，机械手回退一定的安全距离，实现自我保护。
80.11)、当控制模块发出动作指令过程中，机械灵巧手动作过程遇到障碍物前，会自主避障动作，重新规划路径，实现自我防护。
81.如图8所示，本发明还公开了一种多功能负载自适应机械灵巧手的智能化控制方法，其包括以下几个步骤：无线接收发射器；供电模块平衡模块；编码加密、指令扫描等待；声色识别；无线遥控装置；无线传输指令转换；自适应调整、急停、反馈数据。
82.所述该控制方法的详细步骤如下：首先，步骤1，智能化控制系统开始运行：机械灵巧手操控者根据自身需要，按照正确、规范、安全的操作流程，启动该多功能、自适应机械两翘首的控制系统。
83.步骤2，无线接收发射器，进行高速网络接传加密：机械灵巧手控制系统运行后，通讯编码器模块开始工作，第一次连接加密拨码由操控人实施，后续上电即可自动连接运行。由此为控制系统提供连接桥梁，为机械手本体提供信息指令传送枢纽。该步骤在控制系统运行时，需要保持运行状态。
84.步骤3，供电模块、平衡模块：该灵巧手控制系统运行后，供电模块开始伺服上电，为各路电路集成板、驱动电机提供稳定的电源。平衡模块通电后，通过步骤2的无线接收发射器开始自校准误差反馈数据参数，使得系统开始为稳定控制做准备，进入待机，准备进入步骤4。
85.步骤4，编码加密、指令扫描等待：机械灵巧手控制系统启动后，通过循环扫描手套控制指令、特定人声色识别指令、无线遥控装置按钮指令，三个方向的指令循环读取，没有收到信号则进行等待。
86.步骤5，人机交互控制机械灵巧手：机械灵巧手的嵌入式控制器通过以上步骤发出控制指令，控制模块将指令信号发至驱动装置，然后驱动伺服舵机单元模块、动力模块，进而使得机械灵巧手能够按照指令完成相应的动作，如手指1动作、手指2动作、手指3动作、手指4动作、手指5动作、机械手抓取、机械手松手、机械手握紧、机械手缩回、机械手碰撞回避自保护、机械手自主避障、机械手重量感知、机械手正手反手、自主编程存储动作1、自主编程存储动作2、自主编程存储动作3，等等。
87.步骤6，自适应调整、数据反馈。通过声色识别、无线遥控装置、手套姿态控制机械手动作过程中，控制系统实时反馈补偿数据给控制器，通过算法进行自我优化，该步骤实时伴随于步骤5实施过程中。
88.步骤7，控制系统工作结束：通过以上6个步骤，机械灵巧手控制系统同通过特定声色识别、手势姿态感应、无线加密通讯遥控等方式，实现对不同安全等级、不同负载的多功
能交互智能化控制的机械灵巧手的有效控制，并且能在非结构、高强度、恶劣条件的环境中自我适应调节控制的工作。如果想结束机械灵巧手的控制系统的工作，则控制软件界面或者关闭电源按钮发送停止信号，然后，机械灵巧手会自动执行归位、返回作业原点的控制程序。
89.下表为本发明中手套控制系统、机械灵巧手控制系统中各硬件的型号及名称：
型号名称尺寸说明备注超越mg995rb-150mg舵机40.8mmx20.1mmx38mm工作电压:5v-7.2v13kg
·
cm(5v)15kg
·
cm(6v)16kg
·
cm(7.2v)flex4.5''弯曲传感器弯曲传感器长度x宽：112.24mmx6.35mm弯曲电阻变化:60k～110k欧姆笔直状态的电阻：10k欧姆弯曲方向：有字的一面是弯曲时的内侧。使用时避免弯曲末端引脚部分（即非弯曲传感部分），否则容易造成损坏。arduinonanoarduinonano控制板长度x宽：45mmx18mm主频16mhz；内存2kb；io口:22个；闪存32kb；基于atmega328的控制器（同uno）。它与duemilanove功能相似，采用mini-usb接口。nano传感器扩展板nano传感器扩展板长度x宽：65mmx52mm模块电源：+5v扩展14个数字io口（14个舵机接口）及电源nrf24l012.4g无线模块长度x宽：15mmx29mm最大传输速率为2mbps，可以提供stm32的驱动代码低版本演示，后期使用高功率接法器锂电池2-8s蜂鸣器电压显示报警低压报警装置40mm
×
25mm
×
11mm锂电池组每个电芯电压、总电压实时显示，报警22kω金属膜电阻1/2w金属膜电阻7.4v1500mah2s锂电池两个五号锂电池组成sm插头充放电分开（两个插头）1800mah7.4v聚合物锂电池90mm
×
30mm
×
16mmsm插头陀螺仪1号平衡器30mm
×
15mm
×
10mm模块插拔式
对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，在不脱离本发明的原理与精神的情况下，对实施方式所进行的改变、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.多功能负载自适应机械灵巧手的智能化控制系统，其特征在于：包括手套控制系统、机械灵巧手控制系统和无线遥控装置，所述手套控制系统负责采集手套上各手指柔性传感器的模拟量信号，并将信号通过无线通讯协议与机械灵巧手控制系统进行对接；所述机械灵巧手控制系统通过接收“对接”信号，将信号对应控制指令，进而驱动机械灵巧手进行动作。2.根据权利要求1所述的多功能负载自适应机械灵巧手的智能化控制系统，其特征在于：所述手套控制系统包括手套侧上位机系统和手套侧硬件系统，所述手套侧硬件系统包括遥控无线手套、供电模块a、无线传输模块a、柔性传感器、数模转换模块a、低压报警装置a；供电模块a、无线传输模块a、柔性传感器、数模转换模块a、低压报警装置分别与手套侧上位机系统电性连接。3.根据权利要求2所述的多功能负载自适应机械灵巧手的智能化控制系统，其特征在于：所述机械灵巧手控制系统包括灵巧手侧下位机系统和灵巧手侧硬件系统，所述灵巧手侧硬件系统包括：供电模块b、控制模块、无线传输模块b、数模转换模块b、低压报警装置b、舵机动力模块；所述供电模块b、控制模块、无线传输模块b、数模转换模块b、低压报警装置b、舵机动力模块分别与灵巧手侧下位机系统电性连接。4.根据权利要求3所述的多功能负载自适应机械灵巧手的智能化控制系统，其特征在于：所述无线传输模块a和无线传输模块b采用无线通讯连接，所述无线传输模块a发出指令，所述无线传输模块b用于接受指令。5.根据权利要求4所述的多功能负载自适应机械灵巧手的智能化控制系统，其特征在于：所述数模转换模块a通过数模转换，转化成直接比例控制内置动力系统行程的模拟信号，而后通过无线传输模块a发送至机械灵巧手控制系统内；数模转换模块b能够通过数模转换，转化成可直接比例控制内置动力系统行程的模拟信号。6.根据权利要求5所述的多功能负载自适应机械灵巧手的智能化控制系统，其特征在于：机械灵巧手上安装有超声波阵列传感器、拉力感应传感器，所述超声波传感器用于路径避障，防止碰撞；拉力感应传感器的作用是实时检测舵机拉力大小、机械手指的弯曲角度大小，并即时反映机械手的姿态位置状况信息。7.根据权利要求6所述的多功能负载自适应机械灵巧手的智能化控制系统，其特征在于：还包括特定人声色识别模块，所述特定人声色识别模块包括数据库，语音识别转换模块和语音驱动接口；人工通过训练特定人声色语音至数据库，当模块收集到已录入的关键词时，将信息码值发至控制驱动接口，完成最终的声色识别控制。8.根据权利要求7所述的多功能负载自适应机械灵巧手的智能化控制系统，其特征在于：还包括重力自感应姿态平衡模块，所述重力自感应姿态平衡模块由陀螺仪、姿态感应器、重力感应集成电路、供电单元构成，所述陀螺仪、姿态感应器、重力感应、供电单元分别与灵巧手侧下位机系统电性连接。9.根据权利要求8所述的多功能负载自适应机械灵巧手的智能化控制系统，其特征在于：所述舵机动力模块包括五个伺服数字舵机单元和平衡数字舵机组成，所述控制模块与舵机动力模块的控制端电性连接，所述控制模块是通过接收来自特定声色语音控制模块，
以及无线遥控装置端发出的动作程序指令，进行各个舵机的动作执行。10.一种多功能负载自适应机械灵巧手的智能化控制方法，其特征在于：基于上述权利要求9所述的多功能负载自适应机械灵巧手的智能化控制系统，该控制方法的步骤如下：步骤1，智能化控制系统开始运行：机械灵巧手操控者根据自身需要，按照正确、规范、安全的操作流程，启动该多功能、自适应机械两翘首的控制系统；步骤2，无线接收发射器，进行高速网络接传加密：机械灵巧手控制系统运行后，通讯编码器模块开始工作，第一次连接加密拨码由操控人实施，后续上电即可自动连接运行；步骤3，供电模块、平衡模块：该灵巧手控制系统运行后，供电模块开始伺服上电，为各路电路集成板、驱动电机提供稳定的电源；平衡模块通电后，通过步骤2的无线接收发射器开始自校准误差反馈数据参数，使得系统开始为稳定控制做准备，进入待机，准备进入步骤4；步骤4，编码加密、指令扫描等待：机械灵巧手控制系统启动后，通过循环扫描手套控制指令、特定人声色识别指令、无线遥控装置按钮指令，三个方向的指令循环读取，没有收到信号则进行等待；步骤5，人机交互控制机械灵巧手：机械灵巧手的嵌入式控制器通过以上步骤发出控制指令，控制模块将指令信号发至驱动装置，然后驱动伺服舵机单元模块、动力模块，进而使得机械灵巧手能够按照指令完成相应的动作；步骤6，自适应调整、数据反馈：通过声色识别、无线遥控装置、手套姿态控制机械手动作过程中，控制系统实时反馈补偿数据给控制器，并进行自我优化，该步骤实时伴随于步骤5实施过程中；步骤7，控制系统工作结束：通过控制软件界面或者关闭电源按钮发送停止信号，机械灵巧手会自动执行归位、返回作业原点的控制程序。

技术总结
本发明属于机械灵巧手技术领域，公开了一种多功能负载自适应机械灵巧手的智能化控制系统和方法，其中多功能负载自适应机械灵巧手的智能化控制系统，包括手套控制系统、机械灵巧手控制系统和无线遥控装置，所述手套控制系统负责采集手套上各手指柔性传感器的模拟量信号，并将信号通过无线通讯协议与机械灵巧手控制系统进行对接；所述机械灵巧手控制系统通过接收“对接”信号，将信号对应控制指令，进而驱动机械灵巧手进行动作，本发明能够在恶劣条件的环境中自我适应调节控制，并且能够基于特定声色识别进行控制机械灵巧手，感应手势姿态，并且能够进行无线加密通讯遥控。并且能够进行无线加密通讯遥控。并且能够进行无线加密通讯遥控。


技术研发人员：张发 李晓华 郭小丽 孙晓艳 陈晓东 朱玉童
受保护的技术使用者：迈赫机器人自动化股份有限公司
技术研发日：2023.05.30
技术公布日：2023/7/21