本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种抓取装置及软体机械臂的控制方法。
背景技术：
随着工业化进程的发展与普及，刚性机械臂被深入研究，并在工业抓取、分拣等工业结构化场景下得到很好的应用。由于刚性机械臂的刚度过大，使得其在使用过程中安全性低且交互能力低，在实际应用中不得不以降低刚性机械臂整体工作速度为代价，换取控制精度、稳定性、鲁棒性等的提高。尽管如此，每年工业应用上因为刚性机械臂导致的安全事故仍不断发生。
近年来，随着软体机器人被国内外学者关注并研究，基于软体机器人概念设计的软体机械臂具有软体机器人固有的天然柔顺性，其提供交互过程中的安全性，为机械臂应用于非结构化场景提供可能，同时软体机器人的设计灵活度极高，自身传动机构布置灵活，可实现刚性结构难以实现的复杂/多耦合/高灵活度的运动。
与刚性机械臂具有很大差异的是软体机械臂通常由若干个软体驱动器连接而成，软体机械臂通过软体驱动器的形变而运动，而软体机械臂的驱动/控制算法与刚性机械臂相比，也具有很大的差异性，当前软体机械臂的控制方法在软体驱动器较多时无法拓展实现多软体驱动器的耦合复杂运动解算与自感知，对于软体驱动器的形变也无法实现进一步的闭环控制。
技术实现要素：
本发明主要解决的技术问题是：如何更好地控制软体机械臂的运动姿态。为解决上述问题，本申请提供一种抓取装置及软体机械臂的控制方法。
根据第一方面，一种实施例中提供一种软体机械臂的控制方法，所述软体机械臂包括多个软体驱动器和多个刚性连接件，所述刚性连接件间通过所述软体驱动器相连，所述软体驱动器被设置为通过驱动力改变其内部压力而可伸缩的结构，所述软体机械臂通过软体驱动器的伸缩控制姿态；
所述控制方法包括：
获取用于描述所述软体机械臂的目标姿态的第一姿态信息；
根据所述第一姿态信息得到所述软体驱动器内的目标压强值；
根据所述目标压强值改变作用于所述软体驱动器的驱动力，以控制所述软体驱动器的伸缩；
获取所述软体驱动器的参数信息，所述参数信息至少包括软体驱动器的长度和内部的实际压强值；
根据所述参数信息得到用于表征所述软体机械臂当前姿态的第二姿态信息；
将所述第一姿态信息与第二姿态信息进行比较，得到第一比较结果；
至少根据第一比较结果调整作用于所述软体驱动器的驱动力。
根据第二方面，一种实施例中提供一种抓取装置，包括：
软体机械臂，包括多个软体驱动器和沿轴向层级分布的n层环节单元，所软体驱动器均设置为通过驱动力改变其内部压力而可伸缩的结构，所述软体驱动器包括周向驱动器和轴向驱动器，所述环节单元包括至少三个用于形成卡口的刚性连接件，所述环节单元内相邻刚性连接件通过所述周向驱动器相连，并在所述周向驱动器的驱使下靠近或远离，使得所述卡口扩大或缩小，相邻所述环节单元通过轴向驱动件相连，并在所述轴向驱动器的驱使下靠近或远离，其中，第n层环节单元用于通过缩小卡口抓取软体机械臂外部的目标物体；
控制系统，用于与所述软体机械臂中的多个软体驱动器分别连接，并向所述软体驱动器施加驱动力；
处理系统，与所述控制系统通信连接，用于通过上述实施例所述的方法控制所述软体机械臂。
根据第三方面，一种实施例中提供一种计算机可读存储介质，所述介质上存储有程序，所述程序能够被处理器执行以实现上述实施例所述的方法。
本申请的有益效果在于：
其一、可实时监测反馈各软体驱动器的内部压强值和长度的数据集，从而合成软体机械臂的整体姿态信息，实现软体机械臂的本体感知。
其二、实现了用户输入的目标姿态与所需驱动的各软体驱动器的目标压强值之间的正逆解，为姿态信息的实时显示、交互、软体驱动器的实时控制等均提供可能性。
其三、通过第一姿态信息与第二姿态信息的第一比较结果能够实时指导当前状态与目标姿态之间的差距，进而指导下一步驱动策略，从而可以进行更加精准的控制。
附图说明
图1为一种实施例的抓取装置的示意图；
图2为一种实施例的软体机械臂的结构示意图；
图3为一种实施例的软体机械臂弯曲状态下的结构示意图；
图4为一种实施例的软体机械臂环节单元与轴向单元分离状态下的结构示意图；
图5为一种实施例的软体机械臂的刚性连接件的结构装配示意图；
图6为一种实施例的软体机械臂的刚性连接件的结构分解示意图(一)；
图7为一种实施例的软体机械臂的刚性连接件的结构分解示意图(二)；
图8为一种实施例的软体机械臂在空间运动模式下的控制方法的流程图；
图9为一种实施例的软体机械臂在吞咽抓取模式下的控制方法的流程图；
图10为一种实施例的单层传递步骤的流程图。
10、轴向驱动器；
20、周向驱动器；
30、刚性连接件；
31、基体件；31-1、基座部；31-2、联臂部；31-3、第二卡扣件；31-4、第四卡扣件；
32、座板件；32-1、第一卡扣件；
33、触压件；33-1、第三卡扣件；33-2、端盖部；33-3、防滑部；
40、卡口；
a、软体驱动器；b、环节单元；c、轴向单元；d、轴向端面；e、周向端面；f、内环端面；
100、软体机械臂；
200、控制系统；
210、下位机；
220、底层驱动系统；
300、处理系统；
310、上位机；
400、目标物体。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。
另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一些实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。
本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。
本发明所称的软体驱动器a采用软体材料(例如介电弹性体(de)、离子聚合物金属复合材料(ipmc)、形状记忆合金(sma)、形状记忆聚合物(smp)等等)制备而成，可在流体驱动(如气压/液压驱动等，本发明中主要以气压驱动为例)对外产生直线伸缩运动，而由于软体材料的性质，软体驱动器a又能产生弯折形变，在具体应用中，在软体驱动器a外部加以外部约束时，其可通过自身软体材料天然的柔顺性产生运动适应性，自主适应所施加的约束对外产生运动并输出力。比如当给软体驱动器a加以外部转动副约束时，该软体驱动器a可在气压驱动作用下产生绕转动副的旋转运动输出。在软体机械臂100中，每个软体驱动器a都可通过独立的流体管路与外部的流体驱动件连通，通过接受流体驱动件提供的流体介质改变软体驱动器a内部的压力，从而产生伸展或收缩的结构形变效应，达到软体驱动器a伸缩变形的同时输出动力，例如，软体驱动器a可以包括诸如塑胶等柔性材料经吹塑、注塑、3d打印等工艺手段一体加工成型的伸缩件，伸缩件的结构形态可以是波纹管式、折纸式或其他具有一定结构伸缩性能的管状结构构造，伸缩件内部具有与流体管路连通的流体腔室，流体介质出入流体腔室的过程中，可改变流体腔室内的流体压强，促使伸缩件产生伸展形变或收缩形变，进而实现动力及运动形式的输出。
实施例一、
请参考图1至图4，本发明提供了一种抓取装置，该抓取装置主要包括软体机械臂100、控制系统200和处理系统300。
软体机械臂100包括多个软体驱动器a和多个刚性连接件30，刚性连接件30间通过软体驱动器a相连，刚性连接件30可以对软体驱动器a起到约束作用。如上文已经说明的，软体驱动器a被设置为通过驱动力改变其内部压力而可伸缩的结构，软体机械臂100通过软体驱动器a的伸缩控制自身的姿态。
控制系统200用于与软体机械臂100中的多个软体驱动器a分别连接，并向软体驱动器a施加驱动力。本实施例中，控制系统200包括下位机210和底层驱动系统220，下位机210为带有控制芯片和可操作i/0口的开发板，可以包括但不限于stm32单片机、avr单片机、arduino等，其控制程序可通过处理系统300中的控制程序代码编译软件平台进行编写并烧录。底层驱动系统220包括微型气泵、电磁阀、光耦隔离控制板(或继电器等)等器件，其中下位机210通过输出信号控制光耦隔离控制板的通路情况，进一步控制微型气泵和电磁阀的开关情况，其中微型气泵作为底层驱动系统220的气源，电磁阀作为底层驱动系统220的通道开关，从而实现对各软体驱动器a的充吸气策略控制。在其他实施例中，以其他驱动方式也可以对软体驱动器a施加驱动力。
处理系统300与控制系统200通信连接，例如，采用上位机310作为处理系统300，上位机310可以包括但不限于笔记本电脑、台式电脑、迷你电脑(如raspberrypi/bananapi)等，上位机310可以通过人机交互设备(例如显示器、与显示器配套的键盘、鼠标、手势识别设备)等与用户进行交互，换言之，用户可以通过人机交互设备向上位机310输入指令、控制命令或数据信息，经过上位机310的解析后通过通信接口向下位机210发送，下位机210再控制底层驱动系统220控制相应的软体驱动器a伸缩，并且，下位机210也可以通过通信接口向上位机310传输信息，从而实现上位机310与下位机210的双向通信。
目前应用最广的软体机械臂100末端基本会装配有执行器用于各项具体的结构化应用中的操作，如装配夹爪用于抓取物体等。特别的，执行器负责具体操作的实现，软体机械臂100负责姿态运动与调整等控制。在抓取操作中，普遍的，每次执行器完成抓取操作后，需要通过软体机械臂100的运动将被抓取物体进行移动输送，才可以进行下一次抓取操作。本实施例的软体机械臂100的末端也可以装配现有的执行器，而对于姿态运动和调整则在下文做具体说明。
本实施例中，在对软体机械臂100的姿态运动调整中，上位机310首先获取用于描述软体机械臂100的目标姿态的第一姿态信息。其中，可以将软体机械臂100末端平面中点的空间位置代表软体机械臂100的空间姿态，而软体机械臂100末端是用于抓取外部目标物体400的抓取端，另一端是和基座(图中未示出)连接的固定端，用户可以通过人机交互设备将软体机械臂100的目标长度l1、软体机械臂100的抓取端相对于固定端的目标倾角α1、软体机械臂100的抓取端相对于固定端的目标旋转角β1作为第一姿态信息输入上位机310。当然的，第一姿态信息包括但不限于上述参数。
在上位机310中预先存储有运动模式方程，运动模式方程的作用是根据第一姿态信息解算得到软体驱动器a内的目标压强值。
得到上述目标压强值后，控制系统200根据目标压强值改变作用于软体驱动器a的驱动力，以控制软体驱动器a的伸缩，从而实现输入上位机310的目标姿态转化成下位机210可识别并用于底层驱动系统220执行驱动策略的目标压强值输出。
在本实施例中，软体驱动器a均配备有压力传感器和位移传感器，压力传感器为气压传感器，而位移传感器为柔性位移传感器(例如水凝胶位移传感器等),使用柔性位移传感器的好处在于能够依靠自身柔顺性，可贴合软体驱动器a检测其曲线长度状态，精确性更高，压力传感器能够检测软体驱动器a内部的压力，并将实际压强值传送至控制系统200，而位移传感器也能够将长度值传送至控制系统200，两类传感器组成一个传感器网络，控制系统200由此获取关于软体驱动器a的参数信息，在其他实施例中，软体驱动器a上的传感器可以包括但不限于上述两个传感器，参数信息也可以包含压力值和长度值之外的参数。
传感器将上述参数信息发送至控制系统200后，控制系统200会再将参数信息通过通信接口发送至处理系统300，也就是上位机310。在上位机310中预先设有姿态解算模型方程，姿态解算模型方程的作用是根据参数信息得到用于表征软体机械臂100当前姿态的第二姿态信息，该第二姿态信息可以实时反馈并在外接的显示设备中显示，例如，通过软体驱动器a的实际压强值和长度可以得到软体机械臂100的实际长度l2、软体机械臂100的抓取端相对于固定端的实际倾角α2、软体机械臂100的抓取端相对于固定端的实际旋转角β2。
处理系统300可根据将第一姿态信息与第二姿态信息进行比较，得到第一比较结果，再根据第一比较结果以及预先设计的动态控制算法，调整作用于软体驱动器a的驱动力，以实现对姿态的进一步控制，形成了整体的大闭环控制。
上述过程中的有益效果在于：
其一、采用气压传感器和柔性位移传感器搭建的传感器网络，可实时监测反馈各软体驱动器a的内部压强值和长度的数据集，从而合成软体机械臂100的整体姿态信息，实现软体机械臂100的本体感知。
其二、通过上述运动模型方程与姿态解算模型方程，实现了上位机310输入的目标姿态与下位机210所需驱动的各软体驱动器a的目标压强值之间的正逆解，为上位机310的实时显示、交互以及下位机210的实时控制等均提供可能性。
其三、通过第一姿态信息与第二姿态信息的第一比较结果能够实时指导当前状态与目标姿态之间的差距，进而指导下一步底层驱动系统220的驱动策略，从而可以进行更加精准的控制。
其四、实现了上位机310实时显示、交互软体机械臂100姿态信息，以及下位机210实时监测并驱动各软体驱动器a间的快速响应和鲁棒性。
一些实施例中，姿态信息与软体驱动器a内的压强值可以通过以下方式进行转换：
假定某一层的环节单元b的倾角为α，旋转角为β，长度为lm(该层的环节单元b的中心点距基准中心的长度)，则当不抓取外部物体，负载为0时，有以下公式：
其中：
l0为初始原长(该层的环节单元b处于初始姿态时，其中心点距基准中心的长度)，所用软体驱动器a(包括轴向驱动器10和周向驱动器20)的内腔横截面积为公式中的a，所用软体驱动器a(包括轴向驱动器10和周向驱动器20)自身的弹性系数为公式中的k,第i个软件驱动器a的安装角度(距离基准坐标系的x轴)
将单层环节单元b的根部视为基准坐标，将其末端平面视为运动后的末端坐标，即末端坐标系与基准坐标系间具有一定关联性，其与α、β、lm相关联。
根据罗德里格斯公式(rodrigue’sformula)可知，坐标变换前后的旋转矩阵为：
所以末端坐标系与根部的基准坐标系间的变化矩阵，可视为：
其中，旋转矩阵为：
平移矩阵为：
自此，我们可以通过叠乘，算出具有多个环节单元b的整个软体机械臂100末端与软体机械臂100根部(也就是首端或固定端)间的坐标变化矩阵关系。
在一些实施例中，在得到实际压强值后可将目标压强值和实际压强值进行比较，得到第二比较结果，再根据第一比较结果和第二比较结果以及预先设计的动态控制算法，综合调整作用于各软体驱动器a的驱动力。需要说明的是，在软体机器人中，设备具有柔顺性，可以对外界干扰做出柔顺适应，所以正常情况下更注重整体的姿态信息比对。比如软体机械臂100末端姿态到达目标姿态位置时，因身躯受到外部力扰动使压强或长度变化，软体机械臂100由于其柔顺性会适应该力扰动产生变化，但只要末端姿态的α2、β2、l2仍与目标姿态的α1、β1、l1相匹配即可。而当需要精细控制调节或者局部控制时，可更多采用所控制区域内“当前压强值与目标压强值”间的第二比较结果作为主要指导策略。
通过构建传感器网络并综合参考第一比较结果和第二比较结果，底层驱动系统220对多个软体驱动器a的气压驱动时，均有气压传感器和柔性位移传感器形成的气压闭环控制和位移闭环控制，该双闭环控制设置提高控制的精确性，从而以动态控制算法为指导，共同做出下一步底层驱动系统220的驱动策略。
实施例二：
实施例一中的软体机械臂100可以采用现有的执行器抓取目标物体400，例如在抓取端上安装夹爪，而在本发明的另一些实施例中，在上述软体机械臂100的基础上，仿照环节动物的生理结构形态及运动形式进行结构设计，其中，如图2至图4所示，软体驱动器a被分为周向驱动器20和轴向驱动器10。利用周向驱动器20与刚性连接件30搭建成环节单元b，利用轴向驱动器10连接相邻的两个环节单元b；一方面，利用环节单元b的可径向扩缩、相邻环节单元b的可轴向伸缩及整体旋转弯曲的结构及运动特点，可耦合并模拟出环节动物在捕食过程中的吞咽动作，实现对目标物体400的抓取、转移输送等系列操作，从而将夹爪的抓取功能以及软体机械臂100原有的转移输送功能集为一体，不但可以提高抓取、运输及后处理等系列流程的效率；而且在底层驱动系统220协调驱动作用下，既可以保证软体机械臂100的刚度及目标物体400能力，又可以自适应目标对象的结构形态进行自身形状的定型，实现多自由度、高灵活性的动力输出效应；另一方面，采用模块化结构设计，可快速且自定义地进行软体机械臂100整体结构的组合搭建，能够更好地响应或适应不同的应用场景、不同应用需求，实现高通用性。下面做进一步具体的说明。
该软体机械臂100的主体部分为由多个轴向驱动器10和至少n层(n大于等于2)环节单元b作递进式叠加后构建而成的管状结构。需要说明的是，由于软体机械臂100的主体部分为管状结构，故以其为基准可自然形成或定义出轴向方向、径向方向、圆周方向等空间方位，以为清楚明了地描述各组成部件创造条件。
请参阅图2至图4，环节单元b为一主要由多个周向驱动器20和至少三个刚性连接件30两部分组成的环状结构体；其中，至少三个刚性连接件30沿圆周方向呈间隔排列分布，而每相邻的两个刚性连接件30之间则布置一个周向驱动器20，即相当于，在同一个环节单元b中，周向驱动器20和刚性连接件30是以间隔交错的形式呈环形阵列排列分布的；刚性连接件30可采用金属材料加工成型，或者采用塑胶材料注塑或拼装成型；周向驱动器20的两端固定连接在相应的刚性连接件30上，以利用刚性连接件30从周向驱动器20的外侧两端对其施加约束，使得周向驱动器20在发生形变伸缩效应时，其伸缩方向则会顺从于其外部的约束形式(即：刚性连接件30的排列形式)，形成由刚性连接件30主导其伸缩方向的运动形式；至少三个刚性连接件30在周向上可以形成用于抓取目标物体400的卡口40，以此，当周向驱动器20发生收缩形变时，可驱使相邻的两个刚性连接件30沿圆周方向相互靠近，进而实现环节单元b整体的径向聚拢收缩，相应的环节单元b的卡口40缩小；当周向驱动器20发生伸展形变时，则可驱使相邻的两个刚性连接件30沿圆周方向相互远离，进而可实现环节单元b整体的径向膨胀扩张，相应的环节单元b的卡口40扩大。
环节单元b的数量可根据软体机械臂100整体在实际应用中的长度需求而定，n层环节单元b沿轴向呈层级间隔分布，从而使得其中一个环节单元b的刚性连接件30能够与另一个环节单元b的刚性连接件30沿轴向方向一一对应，即：在软体机械臂100的整体结构中，处于同一环节单元b中的刚性连接件30是沿圆周方向进行间隔排列的，处于不同的环节单元b中的刚性连接件30则呈现出沿轴向方向进行间隔排列的特点。而轴向驱动器10则布置在每相邻的两个环节单元b之间，用于将相邻的两个环节单元b进行轴向关联连接，从而使得软体机械臂100的整体形成类似于筛网式的管状结构，而利用刚性连接件30及环节单元b则可从轴向驱动器10的外侧两端对其施加约束，使得轴向驱动器10在发生形变伸缩效应时，其伸缩方向能够顺从于其外部的约束形式；通过对各轴向驱动器10的独立同步控制或者无差异控制，可在轴向驱动器10伸展或收缩时，产生相同的形变量，从而可在驱使环节单元b沿轴向方向相互靠近的情况下，使得软体机械臂100整体进行轴向直线收缩，在环节单元b沿轴向方向相互远离的情况下，使得软体机械臂100整体进行轴向直线伸展；而通过对各轴向驱动器10的差异化控制或者独立控制，则可在轴向驱动器10伸展或收缩时，产生不同的形变量，从而可促使软体机械臂100整体朝某一方向偏转弯曲，使得软体机械臂100俯仰弯曲或周向翻滚。
基于此，利用周向驱动器20所产生的伸缩形变效应可使得软体机械臂100整体能够输出逐节径向扩缩的运动，直观的表现效果为环节单元b的直径扩大或缩小，环节单元b的卡口40也随之扩大或缩小；同时，利用轴向驱动器10所产生的伸缩形变效应则可使软体机械臂100整体能够输出轴向直线伸缩、俯仰弯曲及周向翻滚等运动，直观的表现效果为软体机械臂100整体以圆柱形、圆锥形等多种形态进行空间运动，从而可通过模拟环节动物在捕食过程中的吞咽动作，实现对目标物体400的抓取、转移输送以及初步后处理等系列操作，如下为对软体机械臂100抓取吞咽目标物体400的一个简要概括：在抓取目标物体400时，可通过控制软体机械臂100末端的环节单元b的径向尺寸扩大，其他环节单元b的径向尺寸则收缩至最小，模拟出环节动物“打开嘴巴准备捕食”的状态。使得目标物体400经由末端的环节单元b进入软体机械臂100主体内，以模拟出“目标物体400进入环节动物的嘴巴内”的状态，再后则可通过控制末端的环节单元b及其关联的轴向驱动器10逐渐收缩，并控制后续层级的环节单元b及其关联的轴向驱动器10则逐渐扩大或伸展，使得目标物体400被逐级被传递输送，直至目标物进入软体机械臂100的首端(也就是固定端)，从而完整地模拟出“环节动物吞咽食物”的动作。
上述软体机械臂100通过环节单元b在缩小卡口40时,刚性连接件30与目标物体400的直接接触抓取目标物体400，在直接接触时环节单元b内周向驱动器20以及与该环节单元b连接的轴向驱动器10将与被抓取的目标物体400(通过刚性连接件30)产生相互作用力。软体驱动器a在不接触物体时改变其内部压力将直接产生自身位移变化，而当接触物体改变其内部压力将不产生自身位移变化而转之对接触物体产生作用力交互。在同一压强变化下，软体驱动器a在与其相连的刚性连接件30不接触物体而对外输出的位移量与不产生位移而对物体输出作用力的大小具有直接相关性，即压强、位移量、作用力大小、软体驱动器a自身特性四者间具有直接相关性，根据这一原理可建立负载外形解算模型和负载作用力解算模型，在获取给定的软体驱动器a内的压强值以及长度后，首先能够判断是否抓取到了目标物体400，进一步还可以计算得到环节单元b与目标物体400之间的作用力，以及目标物体400的外形特征，易于理解的是，环节单元b内的刚性连接件30数目越多，得到的目标物体400的外形特征越贴近于目标物体400的真实外形轮廓，得到的目标物体400的外形特征和抓取目标物体400时与目标物体400之间的作用力可进一步传输至上位机310进行实时显示与交互。
上述软体软体机械臂100对于目标物体400的抓取及抓取控制方式，有利于：
(1)在一个目标物体400被抓取并输送至软体机械臂100内后，被解放的环节单元b及其关联的轴向驱动器10可继续抓取并输送下一个目标物体400，从而实现对目标物体400的连续抓取输送操作，使得软体机械臂100具备高效率的作业性能。
(2)实现与目标物体400的交互中(例如抓取、吞咽传递)对目标物体400的外形、与之相互的作用力等负载信息进行解算，实现本体感知之外，对被抓取物体也具有感知能力。
一些实施例中，在每个环节单元b中，每相邻的两个周向驱动器20通过流体管路(图中未示出)进行串联连通，以使得一个环节单元b中的多个周向驱动器20形成一完整连续的流体介质流通通道，并且至少其中一个流体管路最好用于与底层驱动系统220进行连接，以便对同一环节单元b中的n个第二软体伸缩件21进行无差别驱动控制，即：该至少两个第二软体伸缩件21均呈等压状态以圆形或规则的形态进行自身的伸缩运动，从而形成环节单元b的径向扩缩运动效应；在具体实施时，通过对各环节单元b中的周向驱动器20进行无差别控制，对相邻两个环节单元b之间的轴向驱动器10则采用差异化的独立控制，不但可以耦合并模拟出前述的各种运动动作或姿态，而且有利于降低软体机械臂100运动形式控制的复杂性，提高软体机械臂100的可操作性。本实施例中，流体管路可布置在刚性连接件30内，以便优化整个环节单元b的整体结构形态。
另一些实施例中，在不考虑软体机械臂100的控制系统200或方法复杂性的情况下，也可对每个周向驱动器20进行独立驱动控制，使得某一环节单元b能够以非圆形或不规则的形态进行径向扩缩运动，以便自适应地吻合目标物体400的结构形态，从而能够连续抓取形状各异的目标物体400。
一些实施例中，可将刚性连接件30的各侧面进行划分，使其具有与轴向驱动器10相对应的轴向端面d、与周向驱动器20相对应的周向端面e以及位于环节单元b的内环侧的内环端面f；其中，可在轴向端面d上设置一定深度的凹陷结构，以便能够以插接胶粘等方式来连接轴向驱动器10，在周向端面e亦可设置一定深度的凹陷结构，以便能够以插接胶粘等方式连接周向驱动器20，而内环端面f则主要用于与目标物体400的表面进行接触，以在环节单元b进行径向收缩时，利用内环端面f作为与目标物体400的接触点，进而实现对目标物体400的抓取操作。其他实施例中，刚性连接件30也可根据具体应用需求，采用其他形状，如弧线状方体结构、球体结构等等。
一些实施例中，请参阅图5至图7，刚性连接件30主要由基体件31、座板件32和触压件33等三类部件拼装组合而成；其中，基体件31主要为类“u”形结构，即：基体件31具有两个轴向方向互呈层级间隔分布的基座部31-1和一个沿轴向方向分布以将两个基座部31-1连为一体的联臂部31-2；座板件32共计两个，座板件31夹持在两个基座部31-1之间并位于联臂部31-2的两侧，即相当于利用座板件32将基体件31位于联臂部31-2周向方向的两侧口位结构进行封盖，而轴向端面d形成于基座部31-1上，周向端面e形成于座板件32上；触压件33夹持于两个基座部31-1之间且与联臂部31-2呈并排间隔分布，即相当于利用触压件33将由基体件31和座板件32所组成的具有一端口的结构组件进行端口封盖，内环端面f则形成于触压件33上。
如此，利用基体件31、座板件32和触压件33可拼装组成一中空方体结构，即：刚性连接件30为中空方体结构；一方面，利用刚性连接件30的中空结构形式，既可以为有效降低软体机械臂100的自身负重或减小软体机械臂100本体的质量创造有利条件，又可以为诸如前述的流体管路、信息检测件等部件的装配提供充裕的结构空间；另一方面，利用刚性连接件30可拆装组合的特点，可便于对轴向驱动器10、周向驱动器20及其关联部件等进行快速拆装、维护。
另一些实施例中，也可将基体件31的空间方位进行调换，使基座部31-1位于环节单元b的圆周方向，以利用基座部31-1连接周向驱动器20、利用座板件32连接轴向驱动器10。当然，也可将触压件33设置为类“u”形结构，将基体件31设置为单板式结构，从而能够拼装组合成另一种结构形态的刚性连接件30，以满足不同装配及使用需求。
一些实施例中，请参阅图5至图7，在座板件32邻近联臂部31-2的一端设有第一卡扣件32-1，在联臂部31-2和基座部31-2设有第二卡扣件31-3；其中，第一卡扣件32-1为一沿座板件32的端部轮廓分布且延伸轨迹为类“u”形的沟槽结构，在第一卡扣件32-1的两端设置有扣位，而第二卡扣件31-3则包括设置在联臂部31-2上且对位插嵌在第一卡扣件32-1的沟槽内的凸条部分以及设置在基座部31-2上且对位卡接在第一卡扣件32-1的扣位内的倒勾部分，从而利用第一卡扣件32-1与第二卡扣件31-3对位匹配连接关系，可将座板件32与基体件31进行稳固的拼装组合。基于相同的结构或功能原理，在触压件33邻近基座部31-1的端部设有第三卡扣件33-1，基座部31-1上设有第四卡扣件31-4；其中，第四卡扣件31-4为设置在基座部31-1邻近触压件33一端且延伸轨迹为类“l”形的沟槽结构，并且第一卡扣件31-4位于基座部31-1的对称侧，第三卡扣件33-1则为由触压件33延伸成型的近似于弹性臂的结构构造，当将触压件33朝联臂部31-2所在方向进行推压时，可使得第三卡扣件33-1对位卡合在第四卡扣件31-4内，从而利用第三卡扣件33-1与第四卡扣件31-4对位匹配连接关系，将触压件33稳固地装配到基体件31上。
其他实施例中，各对位匹配的卡扣件也可参考现有的卡扣连接结构进行结构设计，要点在于：能够实现基体件31、座板件32和触压件33之间的快速拆装组合。
一些实施例中，请参阅图5至图7，触压件33主要由端盖部33-2和防滑部33-3两部分组成；其中，端盖部33-2作为防滑部33-3的承载载体，其夹持于两个基座部31-1之间并与联臂部31-2呈并排间隔分布，防滑部33-3叠置并固定于端盖部33-2远离联臂部31-2一侧的表面上，而内环端面f则形成于防滑部33-3上。利用端盖部33-2与座板件32、基体件31之间的结构组合关系形成中空结构的刚性连接件30的主体部分，利用防滑部33-3作为刚性连接件30与目标物体400的接触部件，既可以在抓取、吞咽目标物体400时增加接触面积、产生更大的摩擦力，以防止目标物体400发生侧滑等现象，又可以实现与目标物体400的柔性接触效果，避免对目标物体400的表面造成不必要的损伤。本实施例中，防滑部33-3由诸如硅胶等柔性材料一体注塑成型，具体地，可在端盖部33-2的表面上设置凹陷结构，利用端盖部33-2作为防滑部33-3注塑成型时的阴模具(或底模具)，在防滑部33-3的熔融原料注入端盖部33-2的凹陷结构内并固化后，则可自然地形成防滑部33-3镶嵌于端盖部33-2上的结构形态，从而确保触压件33整体的结构强度和稳固性。
实施例三：
在实施例二中公开的抓取装置的基础上，本实施例公开了一种抓取装置的控制方法。
本实施例中，在对软体机械臂100进行控制前，首先需要选定软体机械臂100的工作模式，其中，软体机械臂100的工作模式包括但不限于空间运动模式、吞咽抓取模式以及手动操纵模式。空间运动模式用于控制软体机械臂100在空间内的运动及其姿态，以便让软体机械臂100的末端靠近目标物体400或运动到既定位置，手动操纵模式则是将软体机械臂100的控制交由用户手动操作。前述空间运动模式和手动操纵模式也可以应用于实施例一公开的抓取装置上。吞咽抓取模式下，软体机械臂100将自动开始抓取并吞咽目标物体400。具体的，技术人员或操作者可通过上位机310的交互界面进行模式的选定以及操作。
通常，软体机械臂100的三种模式的应用可以如下：首先进入空间运动模式控制软体机械臂100靠近目标物体400和/或调整到合适的空间姿态，而后进入吞咽抓取模式抓取目标物体400，在这过程中可根据需要切换至手动操纵模式。下面逐一对三种工作模式下的控制方法进行说明。
如图8为空间运动模式下的控制方法的流程图，包括步骤：
步骤1-1，获取用于描述软体机械臂100的目标姿态的第一姿态信息。
可以将软体机械臂100末端平面中点的空间位置代表软体机械臂100的空间姿态，而软体机械臂100末端是用于抓取外部目标物体400的抓取端，另一端是和基座(图中未示出)连接的固定端，用户可以通过人机交互设备将软体机械臂100的目标长度l1、软体机械臂100的抓取端相对于固定端的目标倾角α1、软体机械臂100的抓取端相对于固定端的目标旋转角β1作为第一姿态信息。当然的，第一姿态信息包括但不限于上述参数。
步骤1-2，根据第一姿态信息得到软体驱动器a内的目标压强值。
通过预先设计的运动模式方程，可以从第一姿态信息解算得到软体驱动器a内的目标压强值。
步骤1-3，根据目标压强值改变作用于软体驱动器a的驱动力，以控制软体驱动器a的伸缩。
改变作用于软体驱动器a的驱动力的方式是改变软体驱动器a内流体介质的流量大小，在本实施例中可通过充气吸气的方式控制软体驱动器a的伸缩。并且，如果相邻环节单元b间的轴向驱动器10的伸缩量为同步变化，直观上体现的就是软体机械臂100的伸长或缩短，而如果相邻环节单元b间的轴向驱动器10的伸缩量不同步变化，则直观上体现的是软体机械臂100的翻转或弯曲。
步骤1-4，获取软体驱动器a的参数信息，参数信息至少包括软体驱动器a的长度和内部的实际压强值。
可以通过软体驱动器a内的压力传感器检测得到软体驱动器a内部的实际压强值，根据柔性位移传感器检测得到软体驱动器a的长度。在其他实施例中，软体驱动器a上的传感器可以包括但不限于上述两个传感器，参数信息也可以包含压力值和长度值之外的参数。
步骤1-5，根据参数信息得到用于表征软体机械臂100当前姿态的第二姿态信息。
可以根据预先设计的姿态解算模型方程，从参数信息中解算出第二姿态信息，例如，通过软体驱动器a的实际压强值和长度可以得到软体机械臂100的实际长度l2、软体机械臂100的抓取端相对于固定端的实际倾角α2、软体机械臂100的抓取端相对于固定端的实际旋转角β2。
步骤1-6，将第一姿态信息与第二姿态信息进行比较，得到第一比较结果。第一比较结果所表示的是当前姿态和目标姿态之间的差别。
步骤1-7，至少根据第一比较结果调整作用于软体驱动器a的驱动力。
第一比较结果可以作为预先设计的动态控制算法的输入，对各软体驱动器a内部的压力进行调整，从而形成整体的大闭环控制。
下文中的软体机械臂100具有n(n为大于等于2的整数)层环节单元b，第n层环节单元b位于软体机械臂100的末端(抓取端)，同时，软体机械臂100还具有n-1层的轴向单元c，每层轴向单元c包括沿软体机械臂100的周向分布的轴向驱动器10。如图9为吞咽抓取模式下的控制方法的流程图，包括步骤：
步骤2-1，控制第n层环节单元b执行抓取目标物体400操作。
具体的，执行抓取目标物体400操作可以包括以下步骤：
步骤2-1-1，控制第n层环节单元b扩大卡口40。此步骤用于仿造环节动物捕食时的张嘴运动。
步骤2-1-2，控制第n-1层环节单元b缩小卡口40。此步骤可将软体机械臂100的末端的环节单元b的扩大角度进一步增大，有利于抓取更大尺寸的物体。
步骤2-1-3，控制第n-1层轴向单元c伸长。此步骤仿造环节动物捕食时的头部伸长运动，使软体机械臂100的末端更接近目标物体400，并为将目标物体400从第n层环节单元b吞咽输送到第n-1层环节单元b的操作提供足够的轴向伸缩空间。当然的，也可以控制其他层的轴向单元c伸长。
步骤2-1-4，控制第n层环节单元b缩小卡口40。此步骤可将软体机械臂100的末端环节单元b收缩闭合并直接抓取目标物体400，仿造环节动物捕食时的咬合运动。
步骤2-2，判断第n层环节单元b是否抓取到目标物体400。如果未抓取到目标物体400，继续执行步骤2-1，如果抓取到目标物体400，则执行步骤2-3。
本步骤中，可根据实施例二的负载外形解算模型和负载作用力解算模型，以及获取到的软体驱动器a内的压强值以及长度，判断第n层环节单元b是否抓取到目标物体400。
步骤2-3，令变量x＝n，并定义步骤2-4中的输入量m＝x。
步骤2-4，控制第m层环节单元b执行单层传递步骤。单层传递步骤用于将目标物体400由第m层环节单元b传递至第m-1层环节单元b。本步骤中，也可以由用户输入m的值，用于程序对于目标物体400的定位。
步骤2-5，判断x是否大于2，如果大于2，执行步骤2-6，如果不大于2，则执行步骤2-7。
如果x大于2，代表未完成完整吞咽输送操作。步骤2-5中为了将目标物体400运送至第1层的环节单元b，所以将x与2进行比较，在其他实施例中，也可以将目标物体400运送至指定层的环节单元b。
步骤2-6，变量x＝x-1，并输入m＝x，再次执行步骤2-4。
步骤2-7，控制第x-1层环节单元b夹紧目标物体400，其他环节单元b和轴向单元c恢复原长。此步骤中，也就是第1层环节单元b缩小卡口40夹持目标物体400。
一些实施例中，软体机械臂100的第1层环节单元b的上端可装配有收集的装置或容器，用于将被抓取并完成吞咽输送的物体进行收集。
一些实施例中，在实际操作中，软体机械臂100中层数为2至n-1的环节单元b和轴向单元c上可装配有简易的针对被抓取物体的相关后处理工具，实现对被抓取物体在抓取吞咽输送过程中同时进行简易后处理操作的能力，如除表面杂质、喷涂等操作。具体的装配工具视实际操作需求中所需后处理而定。
一些实施例中，如图10所示，单层传递步骤可以包括：
步骤3-1，第m-1层环节单元b扩大卡口40。此步骤第m-1层环节单元b的卡口40扩大可增大可夹持范围，为下一步的收缩夹持目标物体400做准备，此外，此时还可以控制第m层环节单元b缩小卡口40，确保第m层环节单元b收缩夹紧目标物体400防止掉落。
步骤3-2，控制第m-1层轴向单元c收缩，从而将夹持有目标物体400的第m层环节单元b靠近第m-1层环节单元b。此步骤可使目标物体400的上部位(远离软体机械臂100的末端为上)进入第m-1层环节单元b的卡口40，为下一步的收缩夹持目标物体400做准备。
步骤3-3，控制第m-1层环节单元b缩小卡口40夹持物体，此时第m层环节单元b和第m-1层环节单元b分别夹持住目标物体400的下部位和上部位。此步骤中也可根据负载外形解算模型和负载作用力解算模型，以及获取到的软体驱动器a内的压强值以及长度，判断第m-1层环节单元b是否抓取到目标物体400。
步骤3-4，控制第m层环节单元b扩大卡口40，使第m层环节单元b松开目标物体400的下部位。
步骤3-5，判断第m-1层环节单元b是否夹持到目标物体400的预设位置，如果未夹持到预设位置，则继续执行步骤3-6，如果夹持到目标物体400的预设位置，则执行步骤3-8。
例如，在步骤3-1-4之后，第m-1层轴向单元c伸长至原先一半的长度，此时再控制第m层环节单元b缩小卡口40，如果能够夹持到目标物体400，代表目标物体400的下部位仍有大部分未被第m-1层环节单元b夹持到，即仍未完成该单层抓取传递步骤。需要说明的是，此步骤中第m-1层轴向单元c伸长的长度为可选的，例如也可以伸长至原先长度的四分之三等。
步骤3-6，控制第m层环节单元b再次抓取目标物体400。
此步骤中，可以进一步控制第m-1层轴向驱动器10伸长后，再控制第m层环节单元b缩小卡口40以夹持目标物体400。
步骤3-7，控制第m-1层环节单元b扩大卡口40，使第m-1层环节单元b松开目标物体400，继续执行步骤3-2。
步骤3-8，控制第m层环节单元b和第m-1层轴向单元c复位。
上述实施例实现了目标姿态与所需驱动的各软体驱动器的目标压强值之间的正逆解，为姿态信息的实时显示、交互、软体驱动器的实时控制等均提供可能性；通过传感器网络收集的数据，不但能实现本体感知，也能够对抓取的目标物体进行感知；对软体驱动器实现了闭环控制，控制更加精准；软体机械臂自身能够抓取外部物体，并能够实现多个形状各异的物体的连续抓取和吞咽。
本领域技术人员可以理解，上述实施方式中各种方法的全部或部分功能可以通过硬件的方式实现，也可以通过计算机程序的方式实现。当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器、随机存储器、磁盘、光盘、硬盘等，通过计算机执行该程序以实现上述功能。例如，将程序存储在设备的存储器中，当通过处理器执行存储器中程序，即可实现上述全部或部分功能。另外，当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序也可以存储在服务器、另一计算机、磁盘、光盘、闪存盘或移动硬盘等存储介质中，通过下载或复制保存到本地设备的存储器中，或对本地设备的系统进行版本更新，当通过处理器执行存储器中的程序时，即可实现上述实施方式中全部或部分功能。
以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。
1.一种软体机械臂的控制方法,其特征在于,所述软体机械臂包括多个软体驱动器和多个刚性连接件，所述刚性连接件间通过所述软体驱动器相连，所述软体驱动器被设置为通过驱动力改变其内部压力而可伸缩的结构，所述软体机械臂通过软体驱动器的伸缩控制姿态；
所述控制方法包括：
获取用于描述所述软体机械臂的目标姿态的第一姿态信息；
根据所述第一姿态信息得到所述软体驱动器内的目标压强值；
根据所述目标压强值改变作用于所述软体驱动器的驱动力，以控制所述软体驱动器的伸缩；
获取所述软体驱动器的参数信息，所述参数信息至少包括软体驱动器的长度和内部的实际压强值；
根据所述参数信息得到用于表征所述软体机械臂当前姿态的第二姿态信息；
将所述第一姿态信息与第二姿态信息进行比较，得到第一比较结果；
至少根据第一比较结果调整作用于所述软体驱动器的驱动力。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，获取所述软体驱动器的参数信息后，还包括：
将所述目标压强值和实际压强值进行比较，得到第二比较结果；
根据所述第一比较结果和第二比较结果综合调整作用于各软体驱动器的驱动力。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述软体驱动器包括轴向驱动器和周向驱动器；
所述软体机械臂包括沿轴向层级分布的n层环节单元，n大于等于2，所述环节单元包括至少三个用于形成卡口的所述刚性连接件，所述环节单元内相邻刚性连接件通过所述周向驱动器相连，并在所述周向驱动器的驱使下靠近或远离，使得所述卡口扩大或缩小，相邻所述环节单元通过轴向驱动件相连，并在所述轴向驱动器的驱使下靠近或远离，其中，第n层环节单元用于通过缩小卡口抓取软体机械臂外部的目标物体，所述方法还包括：
控制所述第n层环节单元执行抓取目标物体操作；
根据所述第n层环节单元的周向驱动器的参数信息，判断所述第n层环节单元是否抓取到目标物体，如果未抓取到目标物体，则控制所述第n层环节单元扩大卡口后继续靠近目标物体并缩小卡口，如果抓取到目标物体，则从第n层环节单元开始执行单层传递步骤，直到所述目标物体被传递至预定层级的环节单元，所述单层传递步骤用于将所述目标物体由上一层环节单元传递至下一层环节单元。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，抓取到目标物体后，所述方法还包括：
根据所述第n层环节单元内的周向驱动器的参数信息，得到所述目标物体的外形特征和/或抓取目标物体时向目标物体施加的作用力。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述目标物体在上一层环节单元与下一层环节单元间单层传递步骤包括：
控制所述下一层环节单元执行抓取目标物体操作；
控制所述上一层环节单元释放目标物体并移动到预定位置后缩小卡口，根据所述上一层环节单元的周向驱动器的参数信息，判断所述下一环节单元是否抓取到目标物体的预设位置。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述软体机械臂包括固定端和用于抓取目标物体的抓取端，所述第一姿态信息至少包括软体机械臂的目标长度、软体机械臂的抓取端相对于固定端的目标旋转角、软体机械臂的抓取端相对于固定端的目标倾角。
7.一种抓取装置，其特征在于，包括：
软体机械臂，包括多个软体驱动器和沿轴向层级分布的n层环节单元，所软体驱动器均设置为通过驱动力改变其内部压力而可伸缩的结构，所述软体驱动器包括周向驱动器和轴向驱动器，所述环节单元包括至少三个用于形成卡口的刚性连接件，所述环节单元内相邻刚性连接件通过所述周向驱动器相连，并在所述周向驱动器的驱使下靠近或远离，使得所述卡口扩大或缩小，相邻所述环节单元通过轴向驱动件相连，并在所述轴向驱动器的驱使下靠近或远离，其中，第n层环节单元用于通过缩小卡口抓取软体机械臂外部的目标物体；
控制系统，用于与所述软体机械臂中的多个软体驱动器分别连接，并向所述软体驱动器施加驱动力；
处理系统，与所述控制系统通信连接，用于通过权利要求1-6中任一项所述的方法控制所述软体机械臂。
8.如权利要求7所述的抓取装置，其特征在于，所述软体驱动器上设置压力传感器和位移传感器，所述压力传感器用于检测所述软体驱动器内部的压力，并将压力值传送至控制系统，所述位移传感器用于检测所述软体驱动器的长度，并将长度值传送至控制系统。
9.如权利要求8所述的抓取装置，其特征在于，所述位移传感器为柔性位移传感器。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述介质上存储有程序，所述程序能够被处理器执行以实现如权利要求1-6中任一项所述的方法。
技术总结