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龙图腾网获悉中南大学申请的专利一种无需力传感器和编码器的欠驱动机械手的刚度估计方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN117047750B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-10-17发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202310805004.6，技术领域涉及：B25J9/16；该发明授权一种无需力传感器和编码器的欠驱动机械手的刚度估计方法是由邓华;徐晓磊;张翼设计研发完成，并于2023-07-03向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种无需力传感器和编码器的欠驱动机械手的刚度估计方法在说明书摘要公布了：一种无需力传感器和编码器的欠驱动机械手刚度估计方法，针对欠驱动机械手由于本体刚度小，动力学模型复杂，现有刚度估计算法依赖力传感器和高精度的编码器的问题。本发明通过建立假肢手抓握时的刚度模型和简化的动力学模型，来实现物体变形量和抓握力变化量的快速估计，一方面对电压平衡方程进行整体积分和接触后积分，来获得雅可比矩阵和物体变形量，另一方面通过短时间内机械手的形变特征，实现对抓握力变化量的估计。最后建立欠驱动机械手的整体刚度模型，结合机械手的自身刚度计算出抓握物体时的物体刚度。能够在不使用传感器和编码器的情况下，实现短时间内对物体刚度的准确估计，不仅能够有效降低成本还拓展了刚度估计的应用场景。

本发明授权一种无需力传感器和编码器的欠驱动机械手的刚度估计方法在权利要求书中公布了：1.本发明的目的在于提出一种无需力传感器和编码器的欠驱动机械手的刚度估计方法，通过建立欠驱动机械手本体和机械手的驱动电机在抓握物体时的数学模型来实现物体的刚度估计；首先，在接触点对欠驱动机械手模型进行线性化，建立简化的欠驱动机械手的运动学和动力学模型，其次，对电压平衡方程进行整体积分和接触点附近的积分，来获得雅可比矩阵和物体变形量；然后，将力矩平衡方程和动力学模型结合实现欠驱动机械手的驱动力变化量估计；最后，建立欠驱动机械手的整体刚度模型，结合机械手的自身刚度计算出物体刚度；无需力传感器和编码器的欠驱动机械手的刚度估计方法的具体步骤如下： 第一步：基于闭链机构的几何关系获得欠驱动机械手的运动学和动力学模型，首先基于拉格朗日法建立拇指手的动力学方程： 其中：L为拉格朗日函数，τ1为连杆1的驱动力矩，J为雅可比矩阵，F为指尖抓握力，f为摩擦力； 其次，对动力学模型在接触点进行泰勒展开后，获得简化的运动学模型： 其中：fn-1为连杆n和连杆1之间的映射函数，θ1为连杆1的转角，为接触时连杆1的转角；最后可以获得机械手的指尖接触力如下： 其中：M为质量矩阵，C为速度相关矩阵，G为重力矩阵； 第二步，对机械手驱动电机的电压平衡方程进行整体积分和接触点积分，来获得雅可比矩阵和变形量，考虑如下的电机电压平衡模型方程： 其中：u为电机电压，R为电机电阻，i为电机电流，L为电机电感，Kfp为电机反电动势常数，ω为电机转速； 考虑到机械手的电机体积小线圈少，电感可以忽略，因此电机模型可以进一步化简并整理为： 其中：K为电机减速比； 机械手驱动杆的起始位置为θ1-0已知，该时刻为T，当机械手与物体接触时电机运动的角度为θ，该时刻为T，再经过一段微小时间后的角度为θ，该时刻为T，对整个抓握过程进行积分后有： 根据运动学模型，欠驱动手抓握物体模型雅可比矩阵可以获得： 对接触后的抓握过程进行积分后有： 第三步，将机械手驱动电机的力矩平衡方程和动力学模型结合实现欠驱动机械手的驱动力变化量估计，考虑如下的电机力矩平衡方程： 其中，K为电流常数，T为电机摩擦力，T为电机摩擦力，B为电机转动摩擦力； 从T到T时刻，速度变化量和加速度变化量很小，根据公式3，力的变化可以简化为： 其中，为机械手与物体接触时的电流； 第四步，建立欠驱动机械手的刚度模型，设物体的变形量为δ，考虑低速抓握下，速度变化较小，此时环境刚度和抓握力近似成正比有如下的关系： F＝Kδ＝J-1Kθ-θ11 因此，假手在抓取物体时的整体刚度为： 考虑假肢手本身的结构刚度K2和物体刚度K1为串联关系，则可获得物体刚度为：

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