本发明涉及仿生机械手控制领域，尤其是涉及一种仿生手控制装置、方法及电子设备。
背景技术：
仿生手是较为常见的一种医疗辅助机械，仿生手是由多个电机驱动相应仿生手指的器械，作为上肢截肢者的辅助机械来执行类似人手的各种操作。随着技术的进步，此类仿生手的动作形式也更加多样化、人性化，但功能的增多带来了控制逻辑更加复杂，相应的仿生手控制器存在着结构复杂、扩展性差的问题。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种仿生手控制装置、方法及电子设备，该仿生手控制装置结构简单，能够简单布置在仿生手的手掌中，在实现多种类型的仿生手控制动作的前提下，减少了传统仿生手控制装置的体积，并提高了仿生手的扩展性。
第一方面，本发明实施例提供了一种仿生手控制装置，仿生手控制装置用于控制仿生手的运动，装置包括：主控制器和执行器，以及与主控制器相连接的通信单元、反馈传感器、驱动器和控制开关；其中，执行器与仿生手相连；
反馈传感器，用于获取仿生手反馈的传感数据；
控制开关，用于获取动作信号；
执行器，用于驱动仿生手进行运动；
驱动器，用于向执行器提供动力；
主控制器，用于根据仿生手反馈的传感数据以及动作信号生成的控制指令对仿生手进行控制；
通信单元，用于将仿生手反馈的传感数据以及动作信号传输至主控制器；还用于将控制指令发送至仿生手中。
在一些实施方式中，上述装置还包括：动作控制单元；动作控制单元用于对仿生手进行控制；动作控制单元与通信单元相连；
上述动作控制单元包括：动作处理器，以及动作处理器相连的信号切换单元、存储单元、电源模块以及动作传感器；其中，动作处理器与通信单元相连；
动作传感器，用于获取仿生手的动作指令信号；
信号切换单元，用于获取切换动作信号；
动作处理器，用于对动作指令信号以及切换动作信号进行处理生成仿生手控制指令；
电源模块用于为动作处理器、信号切换单元以及动作传感器进行供电；
动作处理器生成的仿生手控制指令，通过动作处理器传输至通信单元。
在一些实施方式中，动作传感器，包括：肌肉电传感器、按键、摇杆、重力加速度传感器、摄像头或脑电波传感器；
信号切换单元，包括：肌肉电传感器装置、按键装置、摇杆装置、重力加速度传感器装置上述一种或多种装置；
电源模块，包括：电源管理电路，以及与电源管理电路相连的电池模组、充放电电路、电源接口、电池过热保护电路。
在一些实施方式中，上述装置还包括：指令编辑器；指令编辑器与通信单元相连；
指令编辑器，用于提供仿生手的连续动作的控制指令。
在一些实施方式中，上述指令编辑器包括：指令处理器以及指令生成器；指令生成器中生成的指令通过指令处理器传输至通信单元；
指令生成器，用于生成控制仿生手的多个第一处理指令；其中，第一处理指令用于控制仿生手的单一动作；
指令处理器，用于对第一处理指令进行处理，生成控制仿生手的第二处理指令；其中，第二处理指令用于控制仿生手的连续动作。
在一些实施方式中，执行器，包括：直流减速步进电机、电动推杆、微型液压马达、微型气缸、直线电机上述一种或多种动力组件；
控制开关，包括：肌肉电传感器、按键、摇杆、重力加速度传感器上述一种或多种控制组件；
反馈传感器，包括：压力传感器、旋转电位器、加速度陀螺仪、扭矩检测器、角度传感器上述一种或多种反馈组件；
通信单元，包括：串口、usb、以太网、4g、wifi、蓝牙、5g、zigbee、nb-iot、lora、sigfox、lan、rs485上述一种或多种通讯协议电路；
驱动器，包括：驱动电机、可控液压泵、可控气压泵、直流伺服电机和交流电机中上述一种或多种驱动装置。
第二方面，本发明实施例提供了一种仿生手控制方法，方法应用于上述第一方面任意可能的实施方式中提到的仿生手控制装置，该方法包括：
利用控制开关获取仿生手的动作信号；
主控制器根据动作信号确定仿生手的控制指令，并通过通信单元向驱动器发送控制指令；
驱动器根据控制指令，利用执行器驱动仿生手进行运动；
仿生手进行运动时，主控制器根据反馈传感器实时反馈的传感数据，对仿生手的运动路径进行实时更新。
在一些实施方式中，主控制器根据反馈传感器实时反馈的传感数据，对仿生手的运动路径进行实时更新，包括：
利用仿生手中的反馈传感器，实时获取仿生手的手指运动角度和/或手指接触力；其中，仿生手的手指运动角度通过反馈传感器中的旋转电位器和/或角度传感器获取；仿生手的手指接触力通过反馈传感器中的压力传感器和/或扭矩传感器获取；
根据仿生手的手指运动角度和/或手指接触力，实时计算仿生手的手指闭合角度和/或指尖压力，并根据闭合角度和/或指尖压力控制仿生手的手指进行连续力学反馈运动。
在一些实施方式中，驱动器根据控制指令，利用执行器驱动仿生手进行运动的步骤，包括：
实时采集用户与仿生手之间的肌肉信号，并将肌肉信号转化为电信号；
根据肌肉信号转化的电信号，确定用户手臂的肌肉紧绷值；
当肌肉紧绷值位于预设阈值区间时，根据肌肉紧绷值对应的手指弯曲角度控制仿生手的手指进行运动；当肌肉紧绷值大于阈值的上限时，仿生手停止运动后保持当前姿势；当肌肉紧绷值小于阈值的下限时，仿生手处于伸展状态。
在一些实施方式中，根据肌肉紧绷值对应的手指闭合角度控制仿生手的手指进行运动，包括：
根据肌肉紧绷值的对应的极值和/或肌肉紧绷值对应的电压值，实时计算肌肉紧绷值对应的仿生手的手指闭合角度；
根据手指闭合角度控制仿生手的手指进行运动。
在一些实施方式中，当多个仿生手控制装置包含同一个动作控制单元时，通过通信单元向驱动器发送控制指令的过程，包括：
通过通信单元，将动作控制单元分别与多个仿生手控制装置进行组网连接；
完成组网连接后，通信单元将动作控制单元生成的控制指令同时发送至多个仿生手控制装置中。
在一些实施方式中，当仿生手控制装置包含多个动作控制单元时，通过通信单元向驱动器发送控制指令的过程，包括：
通过通信单元，将多个动作控制单元分别与仿生手控制装置进行组网连接；
完成组网连接后，通信单元将多个动作控制单元生成的控制指令分别发送至仿生手控制装置中。
第三方面，本发明实施例还提供一种电子设备，包括存储器、处理器，存储器中存储有可在处理器上运行的计算机程序，其中，处理器执行计算机程序时实现上述第二方面任意可能的实施方式中提到的仿生手控制方法的步骤。
第四方面，本发明实施例还提供一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，其中，程序代码使处理器执行上述第二方面任意可能的实施方式中提到的仿生手控制方法的步骤。
本发明实施例带来了以下有益效果：
本发明提供了一种仿生手控制装置、方法及电子设备，该仿生手控制装置用于控制仿生手的运动，装置包括：主控制器和执行器，以及与主控制器相连接的通信单元、反馈传感器、驱动器和控制开关；其中，执行器与仿生手相连；反馈传感器，用于获取仿生手反馈的传感数据；控制开关，用于获取动作信号；执行器，用于驱动仿生手进行运动；驱动器，用于向执行器提供动力；主控制器，用于根据仿生手反馈的传感数据以及动作信号生成的控制指令对仿生手进行控制；通信单元，用于将仿生手反馈的传感数据以及动作信号传输至主控制器；还用于将控制指令发送至仿生手中。在对仿生手进行控制时，首先利用控制开关获取仿生手的动作信号；然后，主控制器根据动作信号确定仿生手的控制指令，并通过通信单元向驱动器发送控制指令；驱动器根据控制指令，利用执行器驱动仿生手进行运动；仿生手进行运动时，主控制器根据反馈传感器实时反馈的传感数据，对仿生手的运动路径进行实时更新。该仿生手控制装置结构简单，能够简单布置在仿生手的手掌中，在实现多种类型的仿生手控制动作的前提下，减少了传统仿生手控制装置的体积，并提高了仿生手的扩展性。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义的确定，或者通过实施本发明的上述技术即可得知。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施方式，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚的说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的第一种仿生手控制装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的第二种仿生手控制装置的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的第三种仿生手控制装置的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的第四种仿生手控制装置的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种仿生手控制方法的流程图；
图6为本发明实施例提供的一种仿生手控制方法中，主控制器根据反馈传感器实时反馈的传感数据，对仿生手的运动路径进行实时更新的过程的流程图；
图7为本发明实施例提供的一种仿生手控制方法中，主控制器根据反馈传感器实时反馈的手指运动角度，对仿生手的运动路径进行实时更新的过程的流程图；
图8为本发明实施例提供的一种仿生手控制方法中，主控制器根据反馈传感器实时反馈的手指接触力，对仿生手的运动路径进行实时更新的过程的流程图；
图9为本发明实施例提供的一种仿生手控制方法中步骤s503的流程图；
图10为本发明实施例提供的仿生手控制优化方法中，根据肌肉紧绷值对应的手指闭合角度控制仿生手的手指进行运动的流程图；
图11为本发明实施例提供的仿生手控制优化方法中，当多个仿生手控制装置包含同一个动作控制单元时，通过通信单元向驱动器发送控制指令的过程的流程图；
图12为本发明实施例提供的仿生手控制优化方法中，当仿生手控制装置包含多个动作控制单元时，通过通信单元向驱动器发送控制指令的过程的流程图；
图13为本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
图标：
11-主控制器；12-执行器；13-通信单元；14-反馈传感器；15-驱动器；16-控制开关；17-仿生手；21-指令处理器；22-指令生成器；31-动作处理器；32-信号切换单元；33-存储单元；34-电源模块；35-动作传感器；
100-仿生手控制总成；200-指令编辑器；300-动作控制单元；
101-处理器；102-存储器；103-总线；104-通信接口。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
仿生手是较为常见的一种医疗辅助机械，仿生手是由多个电机驱动相应仿生手指的器械，作为上肢截肢者的辅助机械来执行类似人手的各种操作。随着技术的进步，此类仿生手的动作形式也更加多样化、人性化，但功能的增多带来了控制逻辑更加复杂，相应的仿生手控制器存在着结构复杂、扩展性差的问题。
基于此，本发明实施例提供的一种仿生手控制装置、方法及电子设备，能够简单布置在仿生手的手掌中，在实现多种类型的仿生手控制动作的前提下，减少了传统仿生手控制装置的体积，并提高了仿生手的扩展性。
为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种仿生手控制装置进行详细介绍。
参见图1所示的一种仿生手控制装置的结构示意图，仿生手控制装置用于控制仿生手的运动，该装置包括：主控制器11和执行器12，以及与主控制器11相连接的通信单元13、反馈传感器14、驱动器15和控制开关16；其中，执行器12与仿生手相连反馈传感器14，用于获取仿生手17反馈的传感数据；控制开关16，用于获取动作信号；执行器12，用于驱动仿生手17进行运动；驱动器15，用于向执行器12提供动力；主控制器11，用于根据仿生手17反馈的传感数据以及动作信号生成的控制指令对仿生手17进行控制；通信单元13，用于将仿生手17反馈的传感数据以及动作信号传输至主控制器；还用于将控制指令发送至仿生手17中。
主控制器11可以为单片微型计算机(手机，计算机，工控机)等具有数据储存，分析，运算，发送等功能的控制器，其作用是根据不同的任务需求，分别接受通信单元13、反馈传感器14、驱动器15的数据并进行处理。信息处理完成后将处理结果传输至通信单元13以及驱动器15中。
通信单元13为信息交换中枢，为主控制器11等设备提供信息交换的中介，用于传输运动控制指令至主控制器11中进行运算处理，并收集反馈的数据提供给操作者；还可直接传输至其他电子设备进行数据的存储，备份。
通信单元13进行信息交换时采用统一协议，例如串口、usb、以太网、4g、wifi、蓝牙、5g、zigbee、nb-iot、lora、sigfox、lan、rs485等。通信单元13可快速扩展新的功能模块，仅需要将新的功能模块的通信接口接入通信单元13就能实现扩展。
驱动器15，其作用是根据不同的任务需求分别接收主控制器11的数据后，向执行器12提供所需的动力能量。还可通过监测驱动器15自身的驱动信号传递给主控制器11，用于提供工作信号的实时反馈。
执行器12为动力部件，执行器12与仿生手17相连，还与驱动器15相连。驱动器15提供仿生手17动作所需的动力能量。执行器12有可预设动作行程，到达预设行程后可以自动停止工作。
反馈传感器14的作用是反馈仿生手各手指的位置、动作、力学状态等数据，并将反馈得到的状态数据传递至主控制器11。
控制开关16的作用是提供单个或连续的动作信号，将信号传递给装置主控制器11。
上述仿生手控制装置可作为仿生手控制总成，可理解为仿生手控制过程中的控制中枢。如图1中可将该仿生手控制装置记为仿生手控制总成100，可方便的进行扩展。通过上述仿生手控制装置可知，该仿生手控制装置能够简单布置在仿生手的手掌中，在能够实现多种类型的仿生手控制动作的前提下，减少了传统仿生手控制装置的体积，并提高了仿生手的扩展性。
在一些实施方式中，执行器包括：直流减速步进电机、电动推杆、微型液压马达、微型气缸、直线电机上述一种或多种动力组件；控制开关，包括：肌肉电传感器、按键、摇杆、重力加速度传感器上述一种或多种控制组件；反馈传感器，包括：压力传感器、旋转电位器、加速度陀螺仪、扭矩检测器上述一种或多种反馈组件；通信单元，包括：串口、usb、以太网、4g、wifi、蓝牙、5g、zigbee、nb-iot、lora、sigfox、lan、rs485上述一种或多种通讯协议电路；驱动器，包括：驱动电机、可控液压泵、可控气压泵、直流伺服电机和交流电机中上述一种或多种驱动装置。
反馈传感器的作用是将仿生手的手指位置、动作、力学状态等数据反馈至主控制器11中。反馈传感器根据使用场景的不同，可使用压力传感器、旋转电位器、加速度陀螺仪、扭矩检测器。下面对上述反馈传感器的使用场景进行描述。
压力传感器，包含但不限于薄膜压力传感器、压力应变片，可安装于仿生手的手指、手掌的表面。当手指、手掌触碰到物品时，压力传感器被压缩；此时的压力传感器可以将压力变换信号转化为电信号，并将电信号传输给主控制器中以获取当前手指握紧的力度。压力传感器可实时反馈当前监控信号，从而可以实时监控各手指的动作力度。
角度传感器，包含但不限于扁平旋转电位器，圆轴电位器，微型电子编码器，布置在手指根部，安装在手指转向轴上，可以监控手指的转动角度，并将手指角度信息转换为电信号，实时传递给装置主控制器，从而实时监控各手指的动作位置。
加速度陀螺仪，布置在手掌内部，可以监控机械手的反转与动作，可监控机械手的震动、运动加速度等信号，并将加速度信号实时传递给主控制器中。
扭矩监控器，包含但不限于驱动器提供驱动动力的驱动芯片及驱动电路，可以控制执行器按照主控制器提供动力信号进行动作，同时可以反馈当前驱动电压、电流、功率等信号给主控制器。当仿生手指触碰到物体时，若继续运动，手指受到阻力变大，而克服阻力需要更大的驱动力与驱动电流。通过驱动芯片以及驱动电路，可监控当前电流信号，并实时运算分析出当前手指所受到的载荷阻力，从而可以实时监控仿生手的各手指的动作力度。
压力传感器、旋转电位器、加速度陀螺仪、扭矩检测器可以两两组合，也可以多个组合使用同时工作。通过主控制器运行的相关算法可以进一步得到更为精准的手指，拇指状态信息，实现角度和力度的融合控制。
如图2所示的第三种仿生手控制装置的结构示意图可知，该仿生手控制装置还包括：动作控制单元300；动作控制单元300用于对仿生手进行控制；动作控制单元300与仿生手控制总成100中的通信单元13相连。
具体的上述动作控制单元300包括：动作处理器31，以及动作处理器31相连的信号切换单元32、存储单元33、电源模块34以及动作传感器35；其中，动作处理器31与通信单元13相连；动作传感器35，用于获取仿生手的动作指令信号；信号切换单元32，用于获取切换动作信号；动作处理器31，用于对动作指令信号以及切换动作信号进行处理生成仿生手控制指令；电源模块34用于为动作处理器31、信号切换单元32以及动作传感器35进行供电；动作处理器31生成的仿生手控制指令，通过动作处理器31传输至通信单元。在动作控制单元300中包含着与通信单元13相同的通信接口，可与仿生手控制总成100中的通信单元13进行数据通信。
具体的说，动作处理器31，可以为单片微型计算机等具有数据储存、分析、运算、发送等功能的控制芯片，其作用是根据不同的任务需求分别接收通信单元13、动作传感器35以及驱动器15的数据并进行处理；信息处理完成后将指令数据传输至通信单元13，或将指令数据传输至驱动器15中。
信号切换单元32，包括：肌肉电传感器装置、按键装置、摇杆装置、重力加速度传感器装置上述一种或多种装置；存储单元33，包含但不限于sd卡、闪存芯片、内存条、ssd、机械硬盘等电子存储设备。存储单元33与动作处理器31连接，其作用是存储动作处理器31采集、运算、处理的数据。
信号切换单元32，包含但不限,肌电传感器、按键、摇杆、重力加速度传感器，作用是收集操作者的切换动作信号。信号切换单元32，可由操作者进行操作，或者佩戴其头部，手部，腰部等身体部位；操作者通过对按键进行按下或放开操作、对摇杆进行拨动或复位操作、收缩肌肉或放松肌肉、摆动头部、挥动手臂等动作，均可被信号切换单元32捕捉。捕获的信号传递给动作处理器31进行处理判断。
动作传感器35，包括：肌肉电传感器、按键、摇杆、重力加速度传感器、摄像头或脑电波传感器。其作用是收集操作者的启动或停止指令动作操作信号。动作传感器35可由操作者进行操作，或者佩戴其头部，手部，腰部等身体部位；操作者通过按下按键、放开按键；拨动摇杆、复位摇杆；收缩肌肉、放松肌肉；摆动头部；挥动手臂等动作，均可被动作传感器35获取；也可以通过监控操作者身体生物电信号和脑电波信号获取；也可以通过视觉收集仿生手的状态信号。最后将采集信号传递至动作处理器31进行运算，处理和存储。采集的信号可以为采集的数字信号、也可以为将模拟信号通过预设阈值判断得到的数字信号、也可以为连续的模拟信号。
动作传感器35采集的模拟信号，也可以通过预设阈值区处理采集的初始信号处理为数字开关信号，分别判断操作者操作得到的动作操作状态；动作传感器35采集的模拟信号，也可以通过模拟信号直接传递给动作处理器31，通过动作处理器31判断信号强弱，最后控制仿生手动作的强弱。
电源模块34，包括：电源管理电路，以及与电源管理电路相连的电池模组、充放电电路、电源接口、电池过热保护电路。具体的说，电源管理电路用于对电源模块的供电过程进行管理；电池模组用于提供电力；充放电电路用于提供实现充电、放电过程的相关电路；电池过热保护电路用于对电源模块过热时提供断开保护；电源接口用于提供充放电的接口。电源模块34向动作控制单元300包含的部件提供电源动力，电源模块34安装在动作控制单元300内部，其体积小巧，可随身携带。
仿生手控制总成100分别与指令编辑器200、动作控制单元300连接；也可三者依次连接相互控制。指令编辑器200、动作控制单元300可分别与多个仿生手控制总成100相连接，实现对多个仿生手进行控制；并且可通过指令编辑器200、动作控制单元300中包含的通信单元13对仿生手控制总成100进行远程控制，从而实现了远程控制仿生手。
如图3所示的第二种仿生手控制装置的结构示意图可知，该仿生手控制装置还包括：指令编辑器200；指令编辑器200与仿生手控制总成100中的通信单元13相连；指令编辑器200，用于提供仿生手的连续动作的控制指令。
指令编辑器200包括：指令处理器21以及指令生成器22；指令生成器22中生成的指令通过指令处理器21传输至通信单元13；指令生成器22，用于生成控制仿生手的多个第一处理指令；其中，第一处理指令用于控制仿生手的单一动作；指令处理器21，用于对第一处理指令进行处理，生成控制仿生手的第二处理指令；其中，第二处理指令用于控制仿生手的连续动作。在指令编辑器200中包含着与通信单元13相同的通信接口，可与仿生手控制总成100中的通信单元13进行数据通信。
指令编辑器200为可编辑运动指令的控制终端，包含但不限于手机、平板电脑、工控机、个人计算机等，可通过相应的指令生成器22来生成仿生手的控制指令。指令生成器22中设置有相应的控制软件，可实现编辑单个运动指令。控制软件通过人机交互界面，提供操作进行设计和编辑运动指令，或可进行监控指令运行状态。信息处理完成后将数据、信息最终传输至通信单元13以及驱动器15。控制软件为运行在指令编辑器200上的应用程序，该程序的作用是：设计和编辑待运行的控制单条指令，设计相关运动指令；还可单独控制单条指令动作，发送单条指令给装置控制总成，暂停和停止动作指令的发送；监控指令发送、运算状态，记录运行数据并可进行上传数据到服务器进行分析。
人机交互界面可以为触摸屏、液晶显示屏、led显示屏、投影仪等，其作用是提供操作者进行操作的媒介。
指令编辑器200通过通信单元13直接与仿生手控制装置相连接，并单独控制仿生手中单个手指的指令动作。通信单元13发送单条指令时，仿生手实现对应的单个动作，即仿生手的单个手指执行相应的单个动作。单个动作可以为仿生手的手指伸张、手指弯曲闭合。
如图4所示的第四种仿生手控制装置的结构示意图可知，该仿生手控制装置同时包含了指令编辑器200以及动作控制单元300，在指令编辑器200和动作控制单元300共同作用下，能够对仿生手进行更加复杂的控制。
仿生手控制装置的电子控制板，可布置在手掌模块内。例如，可嵌入手掌模块中，减少整体结构体积，外观更加美观；还可以放在手掌前掌和后掌各一半的方式，充分利用手掌的空间，增加电路面积，实现更多功能。
仿生手控制装置可通过设置标准的机械接口，实现与不同类型的仿生手进行连接，可提高整体机械手的扩展性和维护可靠性。仿生手控制装置可通过内置电池的方式进行供电，也可以通过外部电源接口进行供电，其应用场景更为广泛。
通过上述实施例中的仿生手控制装置可知，该仿生手控制装置能够简单布置在仿生手的手掌中，在实现多种类型的仿生手控制动作的前提下，减少了传统仿生手控制装置的体积。同时可与指令编辑器、动作控制单元等进行组合，提高了仿生手的扩展性。
本发明实施例提供了一种仿生手控制方法，方法应用于上述实施例提到的仿生手控制装置，如图5所示，该方法包括：
步骤s501，利用控制开关获取仿生手的动作信号。
用户通过使用控制开关获取仿生手的动作信号，可通过预先部署的肌电传感器、按键、摇杆、重力加速度传感器来实现。以重力加速度传感器为例，用户佩戴控制开关在头部，当用户头部轻轻往左侧倾斜一段距离并恢复原先位置，这个动作作为仿生手的动作信号。
步骤s502，主控制器根据动作信号确定仿生手的控制指令，并通过通信单元向驱动器发送控制指令。
主控制器根据接收到动作信号通过相应的运算生成控制指令，并通过通信单元向驱动器发送该控制指令。以重力加速度传感器为例，用户佩戴控制开关在头部，当用户头部轻轻往左侧倾斜一段距离并恢复原先位置，这个动作作为仿生手的动作信号。当操作者头部恢复正常姿势后，重力加速度传感器监测到对应动作信号，由主控制器处理后通过通信单元将切换指令信号传送至主控制器。
步骤s503，驱动器根据控制指令，利用执行器驱动仿生手进行运动。
主控制器把当前的动作指令切换为具体的仿生手动作指令，例如，该动作指令指定动作为食指运动时，可操作拇指弯曲45°，拇指指节转动75°。重复头部轻轻往左侧倾斜一段距离并恢复原先位置的这个动作，即可持续切换其它动作指令。
步骤s504，仿生手进行运动时，主控制器根据反馈传感器实时反馈的传感数据，对仿生手的运动路径进行实时更新。
该步骤对应的是单个手指的连续反馈控制，下面以实际具体动作的实施例来对仿生手连续反馈控制过程进行描述。
主控制器根据反馈传感器实时反馈的传感数据，对仿生手的运动路径进行实时更新的过程，如图6所示，包括：
步骤s601，利用仿生手中的反馈传感器，实时获取仿生手的手指运动角度和/或手指接触力。
其中，仿生手的手指运动角度通过反馈传感器中的旋转电位器和/或角度传感器获取；仿生手的手指接触力通过反馈传感器中的压力传感器和/或扭矩传感器获取。
步骤s602，根据仿生手的手指运动角度和/或手指接触力，实时计算仿生手的手指闭合角度和/或指尖压力，并根据闭合角度和/或指尖压力控制仿生手的手指进行连续力学反馈运动。
具体的说，连续反馈控制的实现过程，可单纯的使用相关角度传感器来实现，也可单纯的使用相关压力传感器来实现；也可将角度传感器和压力传感器相结合的方式来实现。下面首先对仅使用相关角度传感器实现仿生手连续反馈控制的过程进行描述。具体如图7所示，包括：
步骤s71，利用仿生手中的反馈传感器，实时获取仿生手的手指运动角度；其中，仿生手的手指运动角度通过反馈传感器中的旋转电位器和/或角度传感器获取。
该步骤提到的反馈传感器包括但不限于布置于手指关节处的角度传感器，可直接获得手指运动时的弯曲角度。
步骤s72，根据仿生手的手指运动角度，实时计算仿生手的手指闭合角度，并根据闭合角度控制仿生手的手指进行运动。
通过使用相关角度传感器实现仿生手连续反馈控制过程，能够在仿生手进行位置移动的时候实现简单的反馈控制。除了利用反馈传感器中反馈的角度来实现对仿生手的单个手指进行实时反馈控制之外，还可以通过反馈传感器中反馈的手指接触力来实现实时反馈控制，具体如图8所示，包括：
步骤s81，利用仿生手中的反馈传感器，实时获取仿生手的手指接触力；其中，仿生手的手指接触力通过反馈传感器中的压力传感器和/或扭矩传感器获取。
该步骤提到的反馈传感器包括但不限于布置于手指表面的压力传感器，可直接获得手指的接触压力；还可通过相关扭矩传感器获得的手指扭矩经计算得到手指的接触压力。具体的说，扭矩传感器包含但不限于布置于手指转动轴上的扭矩传感器，手指扭矩的获取还可对驱动器电流信号进行计算从而间接获得手指转动扭矩。
步骤s82，根据实时反馈的手指指尖受到的接触力，实时计算仿生手的手指指尖压力，并根据指尖压力控制仿生手的手指进行力学连续反馈运动。
该实施方式中，利用反馈传感器中反馈的手指接触力来实现了对仿生手的单个手指握紧力度的连续反馈控制。通过使用相关压力传感器实现仿生手连续反馈控制过程，能够在仿生手进行位置移动的时候实现从压力层面上的反馈控制，当仿生手抓取物体比较脆弱时能够通过对压力的实时反馈更好的实现仿生手的连续反馈控制。
实际操作过程中，还可以将角度传感器和压力传感器相结合的方式来实现组合控制，进一步提升连续反馈控制的精度，实现了仿生手手指握紧力度的连续反馈控制。
在一些实施方式中，驱动器根据控制指令，利用执行器驱动仿生手进行运动的步骤s503，如图9所示，包括：
步骤s901，实时采集用户与仿生手之间的肌肉信号，并将肌肉信号转化为电信号。
此时用户已经将仿生手佩戴在相应位置上，通过相应的肌肉电传感器，可实时采集用户与仿生手之间的肌肉信号，实现了将肌肉信号转化为电信号。
步骤s902，根据肌肉信号转化的电信号，确定用户手臂的肌肉紧绷值。
步骤s903，当肌肉紧绷值位于预设阈值区间时，根据肌肉紧绷值对应的手指弯曲角度控制仿生手的手指进行运动；当肌肉紧绷值大于阈值的上限时，仿生手停止运动后保持当前姿势；当肌肉紧绷值小于阈值的下限时，仿生手处于伸展状态。
具体实施方式中，上述根据肌肉紧绷值对应的手指闭合角度控制仿生手的手指进行运动，如图10所示，包括：
步骤s1001，根据肌肉紧绷值的对应的极值和/或肌肉紧绷值对应的电压值，实时计算肌肉紧绷值对应的仿生手的手指闭合角度。
仿生手的手指闭合角度与肌肉紧绷值进行关联运动的过程，需要将手指闭合角度与肌肉紧绷值建立一一对应的关系。例如可按照肌肉紧绷值的受力极值与对应的电压值建立线性关系，生成闭合角度算式。例如，闭合角度算式如下：
其中，ai为仿生手的实时手指闭合角度；ab为仿生手的手指最大闭合角度；fi为用户的实时肌肉紧绷值；fa为位于阈值下限时的肌肉紧绷值；fb为位于阈值上限时的肌肉紧绷值；vi为用户的实时肌肉电压值；va为位于阈值下限时的肌肉电压值；vb为位于阈值上限时的肌肉电压值；
步骤s1002，根据手指闭合角度控制仿生手的手指进行运动。
下面结合一个具体实施例来对上述反馈过程进行描述。首先操作者佩戴仿生手控制装置于头部，操作者头部轻轻往左侧倾斜一段距离并恢复原先位置。当操作者头部恢复正常姿势后，重力加速度传感器监测到对应动作信号，通信单元将切换指令信号传送至仿生手的主控制器中完成对仿生手的控制。
操作者的手臂佩戴机仿生手时，仿生手的控制开关与操作者手臂接触，如：控制开关为肌肉电传感器，操作者的右手肌肉由放松状态开始绷紧，肌肉电传感器持续采集用户手臂肌肉的电信号v，判断手臂肌肉绷紧程度f。肌肉电传感器不间断的把采样到的电信号v持续传送给主控制器。装置主控制器根据电信号v的大小对后续手指模块进行控制。
当用户手臂的肌肉绷紧度大于某一个初始阈值fa时，肌肉电传感器检测到肌肉的电信号大于初始值va，此时v(v>va)传给主控制器，主控制器给驱动器下达驱动指令，驱动器给执行器下达执行指令，执行器带动仿生手的食指由完全伸展状态(闭合角为0°)开始闭合。反馈传感器不间断的采集闭合角a的值，并把闭合角α的值反馈给主控制器。
操作者持续绷紧右手的肌肉，当绷紧度超过某一上限fb，肌肉电传感器检测到肌肉的电信号达到最大值vb，并实时传送给主控制器，主控制器把闭合指令通过驱动器、执行器传递给仿生手的食指。此时食指持续闭合，反馈传感器不间断的把闭合角度a反馈给主控制器，当闭合角度a达到最大角度(此时闭合角a＝ab)时，主控制器给驱动器下达停止指令，执行器切断仿生手的食指的动力。同理可以得出：当绷紧度处于(a,b)区间的某一值fi(fa<fi<fb)，食指闭合角度为
仿生手中的反馈传感器一般使用压力传感器以及扭矩传感器，下面通过对这两种反馈传感器实现连续反馈进行描述。
一、使用压力传感器实现的连续反馈。
运动指令为持续弯曲运动，保持握力为β；此时的反馈传感器为布置在手指表面的压力传感器。
主控制器给驱动器下达驱动命令，驱动器驱动执行器启动运动，执行器带动仿生手的拇指开始闭合运动。反馈传感器不间断的反馈压力数据pi，其初始值为pa。当手指接触物体时，压力传感器监测的压力值增大，监测到的传感数据值pi数值也增大。当达到预设的最大压力阈值pb时，即手指达到保持握力为β，主控制器控制驱动器、执行器停止运动，保持当前握力，从而实现握紧力度的连续反馈控制。
二、使用扭矩监控器实现的连续反馈。
运动指令为持续弯曲运动，保持握力为β；此时的反馈传感器为布置在手指表面的压力传感器。
主控制器给驱动器下达驱动命令，驱动器驱动执行器启动运动，执行器带动仿生手的拇指开始闭合运动。驱动器不间断的反馈驱动电流ii，其初始值为ia。当手指接触物体时，电机持续转动，驱动器监测的电流值ii增大，手指握力值也增大。当达到预设的最大电流阈值ib，即手指达到保持握力为β，主控制器控制驱动器、执行器停止运动，保持当前握力，从而实现握紧力度的连续反馈控制。
经由上述步骤，操作者实现单个手指的实时反馈控制。可以通过实时控制任意单个手指的闭合伸展动作，并且可以实时控制手指闭合伸展的角度α。
通过上述实施例提到的仿生手控制方法可知，该方法可实现对仿生手的连续反馈运动控制，同时能够实现多种类型的仿生手控制动作。
实际使用过程中，会遇到同时对多个仿生手进行控制的场景，还会遇到多人对单个仿生手进行控制的场景，下面对上述场景分别进行描述。
在一些实施方式中，当多个仿生手控制装置包含同一个动作控制单元时，通过通信单元向驱动器发送控制指令的过程，如图11所示，包括：
步骤s1101，通过通信单元，将动作控制单元分别与多个仿生手控制装置进行组网连接。
具体的说，可通过通信单元内置的通讯协议，将多个仿生手控制装置同时与一个动作控制单元进行组网，从而实现了一个动作控制单元同时控制多个仿生手的运动。组网采用的协议可通过串口、usb、以太网、4g、wifi、蓝牙、5g、zigbee、nb-iot、lora、sigfox、lan、rs485等可远程连接的无线协议，能够保证在远距离下保持连接并实现实时控制。
步骤s1102，完成组网连接后，通信单元将动作控制单元生成的控制指令同时发送至多个仿生手控制装置中。
将一个动作控制单元生成的控制指令同时发送到多个仿生手控制装置能够实现多个仿生手的协同操作，特别适用于表演场合的使用，例如，可将5个仿生手佩戴五位不同的操作者身上，通过一个动作控制单元来远程控制这五位操作者中的仿生手，能够实现整齐划一的舞蹈动作。
在一些实施方式中，当仿生手控制装置包含多个动作控制单元时，通过通信单元向驱动器发送控制指令的过程，如图12所示，包括：
步骤s1201，通过通信单元，将多个动作控制单元分别与仿生手控制装置进行组网连接。
联网过程中所用到的网络协议与上述实施例类似，不再赘述。不同的是该实施方式中是将多个动作控制单元与一个仿生手控制装置进行组网连接。
步骤s1202，完成组网连接后，通信单元将多个动作控制单元生成的控制指令分别发送至仿生手控制装置中。
该步骤可将每个动作控制单元生成的控制指令分别发送到一个仿生手控制装置中，能够实现多人对同一仿生手的协同操作，例如共有5个运动控制单元，编号依次为a/b/c/d/e，分别控制仿生手的大拇指、食指、中指、无名指、小拇指，其相互之间独立动作。这5个运动控制单元分配佩戴于不同的操作者身上，实现多人协同操控仿生手工作的功能。这种模式适用于精细操作，特别适用于危险场合的使用，例如：进行远程排爆。
本发明实施例提供的仿生手控制装置，与上述实施例提供的仿生手控制装置具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。为简要描述，实施例部分未提及之处，可参考前述仿生手控制装置实施例中相应内容。
本实施例还提供一种电子设备，为该电子设备的结构示意图如图13所示，该设备包括处理器101和存储器102；其中，存储器102用于存储一条或多条计算机指令，一条或多条计算机指令被处理器执行，以实现上述仿生手控制方法。
图13所示的电子设备还包括总线103和通信接口104，处理器101、通信接口104和存储器102通过总线103连接。
其中，存储器102可能包含高速随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)，也可能还包括非不稳定的存储器(non-volatilememory)，例如至少一个磁盘存储器。总线103可以是isa总线、pci总线或eisa总线等。所述总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图13中仅用一个双向箭头表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
通信接口104用于通过网络接口与至少一个用户终端及其它网络单元连接，将封装好的ipv4报文或ipv4报文通过网络接口发送至用户终端。
处理器101可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器101中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器101可以是通用处理器，包括中央处理器(centralprocessingunit，简称cpu)、网络处理器(networkprocessor，简称np)等；还可以是数字信号处理器(digitalsignalprocessor，简称dsp)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，简称asic)、现场可编程门阵列(field-programmablegatearray，简称fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本公开实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本公开实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器102，处理器101读取存储器102中的信息，结合其硬件完成前述实施例的方法的步骤。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行前述实施例的方法的步骤。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、设备和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，设备或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以用软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
1.一种仿生手控制装置，其特征在于，所述仿生手控制装置用于控制仿生手的运动，所述装置包括：主控制器和执行器，以及与所述主控制器相连接的通信单元、反馈传感器、驱动器和控制开关；其中，所述执行器与所述仿生手相连；
所述反馈传感器，用于获取所述仿生手反馈的传感数据；
所述控制开关，用于获取动作信号；
所述执行器，用于驱动所述仿生手进行运动；
所述驱动器，用于向所述执行器提供动力；
所述主控制器，用于根据所述仿生手反馈的传感数据以及所述动作信号生成的控制指令对所述仿生手进行控制；
所述通信单元，用于将所述仿生手反馈的传感数据以及所述动作信号传输至所述主控制器；还用于将所述控制指令发送至所述仿生手中。
2.根据权利要求1所述的仿生手控制装置，其特征在于，所述装置还包括：动作控制单元；所述动作控制单元用于对所述仿生手进行控制；所述动作控制单元与所述通信单元相连；
所述动作控制单元包括：动作处理器，以及所述动作处理器相连的信号切换单元、存储单元、电源模块以及动作传感器；其中，所述动作处理器与所述通信单元相连；
所述动作传感器，用于获取所述仿生手的动作指令信号；
所述信号切换单元，用于获取切换动作信号；
所述动作处理器，用于对所述动作指令信号以及所述切换动作信号进行处理生成仿生手控制指令；
所述电源模块用于为所述动作处理器、所述信号切换单元以及所述动作传感器进行供电；
所述动作处理器生成的所述仿生手控制指令，通过所述动作处理器传输至所述通信单元。
3.根据权利要求2所述的仿生手控制装置，其特征在于，所述动作传感器，包括：肌肉电传感器、按键、摇杆、重力加速度传感器、摄像头或脑电波传感器；
所述信号切换单元，包括：肌肉电传感器装置、按键装置、摇杆装置、重力加速度传感器装置上述一种或多种装置；
所述电源模块，包括：电源管理电路，以及与所述电源管理电路相连的电池模组、充放电电路、电源接口、电池过热保护电路。
4.根据权利要求1所述的仿生手控制装置，其特征在于，所述装置还包括：指令编辑器；所述指令编辑器与所述通信单元相连；
所述指令编辑器，用于提供所述仿生手的连续动作的控制指令。
5.根据权利要求4所述的仿生手控制装置，其特征在于，所述指令编辑器包括：指令处理器以及指令生成器；所述指令生成器中生成的指令通过所述指令处理器传输至所述通信单元；
所述指令生成器，用于生成控制所述仿生手的多个第一处理指令；其中，所述第一处理指令用于控制所述仿生手的单一动作；
所述指令处理器，用于对所述第一处理指令进行处理，生成控制所述仿生手的第二处理指令；其中，所述第二处理指令用于控制所述仿生手的连续动作。
6.根据权利要求1所述的仿生手控制装置，其特征在于，所述执行器，包括：直流减速步进电机、电动推杆、微型液压马达、微型气缸、直线电机上述一种或多种动力组件；
所述控制开关，包括：肌肉电传感器、按键、摇杆、重力加速度传感器上述一种或多种控制组件；
所述反馈传感器，包括：压力传感器、旋转电位器、加速度陀螺仪、扭矩检测器、角度传感器上述一种或多种反馈组件；
所述通信单元，包括：串口、usb、以太网、4g、wifi、蓝牙、5g、zigbee、nb-iot、lora、sigfox、lan、rs485上述一种或多种通讯协议电路；
所述驱动器，包括：驱动电机、可控液压泵、可控气压泵、直流伺服电机和交流电机中上述一种或多种驱动装置。
7.一种仿生手控制方法，其特征在于，所述方法应用于上述权利要求1至6任意一项所述的仿生手控制装置，所述方法包括：
利用所述控制开关获取所述仿生手的动作信号；
所述主控制器根据所述动作信号确定所述仿生手的控制指令，并通过所述通信单元向所述驱动器发送所述控制指令；
所述驱动器根据所述控制指令，利用所述执行器驱动所述仿生手进行运动；
所述仿生手进行运动时，所述主控制器根据所述反馈传感器实时反馈的传感数据，对所述仿生手的运动路径进行实时更新。
8.根据权利要求7所述的仿生手控制方法，其特征在于，所述主控制器根据所述反馈传感器实时反馈的传感数据，对所述仿生手的运动路径进行实时更新，包括：
利用所述仿生手中的反馈传感器，实时获取所述仿生手的手指运动角度和/或手指接触力；其中，所述仿生手的手指运动角度通过所述反馈传感器中的旋转电位器和/或角度传感器获取；所述仿生手的手指接触力通过所述反馈传感器中的压力传感器和/或扭矩传感器获取；
根据所述手指运动角度和/或所述手指接触力，实时计算所述仿生手的手指闭合角度和/或指尖压力，并根据所述闭合角度和/或所述指尖压力控制所述仿生手的手指进行连续力学反馈运动。
9.根据权利要求7所述的仿生手控制方法，其特征在于，所述驱动器根据控制指令，利用执行器驱动仿生手进行运动的步骤，包括：
实时采集所述用户与所述仿生手之间的肌肉信号，并将所述肌肉信号转化为电信号；
根据所述肌肉信号转化的电信号，确定所述用户手臂的肌肉紧绷值；
当所述肌肉紧绷值位于预设阈值区间时，根据所述肌肉紧绷值对应的所述手指弯曲角度控制所述仿生手的手指进行运动；当所述肌肉紧绷值大于所述阈值的上限时，所述仿生手停止运动后保持当前姿势；当所述肌肉紧绷值小于所述阈值的下限时，所述仿生手处于伸展状态。
10.根据权利要求9所述的仿生手的控制优化方法，其特征在于，根据所述肌肉紧绷值对应的所述手指闭合角度控制所述仿生手的手指进行运动，包括：
根据所述肌肉紧绷值的对应的极值和/或肌肉紧绷值对应的电压值，实时计算所述肌肉紧绷值对应的所述仿生手的手指闭合角度；
根据所述手指闭合角度控制所述仿生手的手指进行运动。
11.根据权利要求7所述的仿生手的控制优化方法，其特征在于，当多个所述仿生手控制装置包含同一个动作控制单元时，所述通过通信单元向所述驱动器发送所述控制指令的过程，包括：
通过所述通信单元，将所述动作控制单元分别与多个所述仿生手控制装置进行组网连接；
完成组网连接后，所述通信单元将所述动作控制单元生成的所述控制指令同时发送至多个所述仿生手控制装置中。
12.根据权利要求7所述的仿生手的控制优化方法，其特征在于，当所述仿生手控制装置包含多个动作控制单元时，通过所述通信单元向所述驱动器发送所述控制指令的过程，包括：
通过所述通信单元，将多个所述动作控制单元分别与所述仿生手控制装置进行组网连接；
完成组网连接后，所述通信单元将多个所述动作控制单元生成的所述控制指令分别发送至所述仿生手控制装置中。
13.一种电子设备，其特征在于，包括：处理器和存储装置；所述存储装置上存储有计算机程序，所述计算机程序在被所述处理器运行时实现如权利要求7至12任一项所述的仿生手控制方法的步骤。
14.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器运行时实现上述权利要求7至12任一项所述的仿生手控制方法的步骤。
技术总结