五指灵巧手控制的学习记录

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#学习 #机器人 #stm32 #嵌入式硬件

五指灵巧手控制的学习记录

灵巧手是人形机器人manipulation的组成部分

灵巧手是人形机器人manipulation的组成部分

灵巧手在整个 manipulation pipeline 中承担的是 “与外界物体进行直接交互” 的任务，是最终完成抓取、操作动作的核心模块。目前主要接触到是傲意的ROH-A001和因时RH56两款灵巧手。

引言：为什么灵巧手控制如此重要且富有挑战性？

灵巧手控制之所以重要且极具挑战性，主要源于它所承担的角色 —— 实现机器人与现实世界的“精细交互”能力，这不仅是视觉、定位等感知系统无法替代的，也是机器真正“操作世界”的关键体现。

完成复杂 manipulation 任务的核心

机械臂可以把末端移动到某个位置，但真正完成抓取、旋转、搬运、拧开、拼装等操作的，是“灵巧手”。
它决定了机器人能否像人一样“使用工具”“和环境互动”。

具身智能的关键一环

灵巧手控制=感知+推理+动作执行的完美结合。
是从“看懂”世界走向“改变”世界的关键能力。

很多高级应用离不开灵巧操作

居家照护：抓杯子、开瓶盖、系鞋带
手术机器人：微操作、柔性操作
工业装配：插接、螺丝、精密摆放

灵巧手控制是机器人从“能到达”走向“能操作”的必经之路，
它的重要性在于赋予机器人“手”的能力，挑战性在于同时面对高自由度、复杂物理交互、多模态融合及实时控制的综合困难。

硬件结构及通信协议

五指灵巧手是一种具有高精度、高灵活性仿人结构的机器人末端执行器，整体设计高度贴近人类手部的大小与比例。其核心驱动机构为集成式微型伺服电缸，总计6个主动自由度，支持捏取、抓握、支撑、触碰等多种手部操作动作，定位精度可达±1 mm。内部集成PID控制算法及高灵敏压力传感器，支持RS232、RS485、CAN等多种总线接口通信，并可通过阈值设置实现对不同硬度物体的柔顺抓取控制。为了兼顾性能与重量，该灵巧手采用铝合金、锌合金等轻量化材料制造，具备小体积、大扭矩、易控制的特点。目前广泛应用于人形机器人、巡检机器人、仿生义肢、教育科研、智能服务机器人等领域，是具身智能与精细操作研究的重要平台设备。
在这里插入图片描述
微型伺服电缸
微型伺服电缸是通过伺服电机驱动精密丝杠的模块化直线执行器，兼具亚毫米级定位精度、可编程力控和节能特性，是替代传统气/液动方案的高效电动化核心部件。

灵巧手性能参数如下：

参数	指标	备注
自由度	6个	5个收缩+1个旋转
关节总数	11个	5个被动关节和6个主动关节
重量	545±5g	有重量误差
重复定位精度	±1 mm	内置PID电机电机控制算法
最大打开时间	≤1.秒
最大闭合时间	≤1.秒
最大单指指尖力	≥4.41 N
最大拇指指尖力	≥9.8 N
最大静载荷（钩握）	294N（30KG）
通信接口	UART/RS485/CAN
通信协议	ModBus-RTU串行控制协议/CAN

控制方法

1. 软件协议层（通信与控制）

灵巧手一般通过串口/总线通信与上位机交互，常用方法：

- 常见协议

Modbus RTU/TCP：寄存器读写控制角度、速度、状态

自定义协议：

封装成数据帧：帧头 + 手ID + 命令字 + 数据长度 + 数据区 + CRC

提供设置角度、读取力、查询状态等功能

内置 CRC 校验、异常处理机制

- 控制方式

位置控制（Position Control）

给每个关节设置目标角度

上位机发送目标角度 → 灵巧手电机执行 → 反馈当前角度

速度控制（Velocity Control）

控制每个关节移动速度

常用于平滑动作、连续抓取

力控制（Force/Impedance Control）

根据传感器反馈控制手指力

用于抓握脆弱物体，避免压碎

混合控制（Position + Force）

同时控制关节角度和夹持力

常见于精细抓取任务
2. 小结

五指灵巧手控制分为三层：硬件驱动 → 协议通信 → 上位机算法

常用控制方式：位置控制、速度控制、力控制、混合控制

上位机算法可扩展为手势跟随、轨迹规划、强化学习、状态机管理

通过上位机软件测试灵巧手

链接: link.

上位机软件: 上位机软件由公司提供
在这里插入图片描述

在这里插入图片描述
这里可以直接通过设置值直观的观察手指的手势

通过Ubuntu系统测试五指灵巧手

本系统使用Ubuntu22.04 humble版本
在这里插入图片描述

1. 使用 ls 命令

列出当前连接的 ttyUSB 设备：

//打开终端
ls /dev/ttyUSB*

如果设备存在，会显示类似/dev/ttyUSB0 的条目，默认是ttyUSB0。
2. 赋予串口的读写权限

很多时候因为没有读写权限，导致在运动程序的适合找不到串口：

//打开终端
sudo chmod o+rw /dev/ttyUSB0*

3. clone相应内容

//打开终端
cd zs
mkdir -p rohand_ws/src  #创建工作空间

cd rohand_ws/src
git clone ssh://git@github.com/oymotion/rohand_ros2_pkg

*4. 运行前准备

//打开终端
conda create -n rohand python=3.12  #创建python环境
conda activate rohand
//进入工作空间
cd zs/rohand_ws/

python3 -m pip install pymodbus  #安装相应的依赖
colcon build

*5. 运行

//打开终端
# 刷新环境
source /path/to/workspace/install/bash

# 赋予串口读写权限
sudo chmod o+rw /dev/ttyUSB0  # Modify ttyUSB0 to your actual device name


# 运行 ROH-A001 node
ros2 run rohand rohand_modbus_a001 --ros-args -p port_name:="/dev/ttyUSB0" -p baudrate:=115200 -p hand_ids:=[2]  # Modify parameters according to your real case

# 运行 ROH-AP001 node
ros2 run rohand rohand_modbus_ap001 --ros-args -p port_name:="/dev/ttyUSB0" -p baudrate:=115200 -p hand_ids:=[2]  # Modify parameters according to your real case

# 运行 ROH-LiteS001 node
ros2 run rohand rohand_modbus_lites001 --ros-args -p port_name:="/dev/ttyUSB0" -p baudrate:=115200 -p hand_ids:=[2]  # Modify parameters according to your real case

之后通过博客记录我的学习经历，欢迎指导！！！