一種柔性機器手及其控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及，更確切地說涉及一種柔性機器手及其控制方法。
【背景技術】
[0002]傳統的剛體執行器通過其剛性結構和轉矩(扭力)以及位置(力)傳感器等進行控制，如機械手等，這些剛體執行器能夠較好的應用于工業生產，如抓取裝配流程和點焊工藝等。但是由于其一般剛體執行器由剛性結構組成，這就決定了該類機器手有限的操作性和適應性，在環境接觸面不確定或者連續不可導之類環境中的運動能力有限，如運動自由度較低，且不能夠改變自身形狀和尺寸以使其不能很好適用于范圍廣泛的任務和環境。
【發明內容】
[0003]本發明要解決的技術問題是，提供一種結構簡單，能改變結構以適應多種環境的柔性機器手及其控制方法。
[0004]本發明的技術解決方案是，提供一種柔性機器手，包括:
[0005]手狀本體，所述的手狀本體手指處包括若干執行主體，所述的執行主體包括彈性空腔，所述的彈性空腔設有限制彈性空腔徑向膨脹的第一固定件以及限制彈性空腔一側軸向膨脹的第二固定件；
[0006]驅動組件，所述的驅動組件與彈性空腔連接并控制彈性空腔內壓力；
[0007]控制組件，所述的控制組件包括控制驅動組件的控制器、沿彈性空腔軸向設置的彎曲傳感器、沿彈性空腔軸向間隔設置的慣性傳感器，一端位于彈性空腔內的內壓力傳感器。
[0008]優選的，所述的執行主體包括兩個相對設置的彈性空腔，所述的第二固定件設置于兩個彈性空腔之間。
[0009]優選的，所述的執行主體包括若干沿執行主體周向排布的彈性空腔。
[0010]優選的，所述的彈性空腔橫截面形狀為扇形并包括弧形側壁和矩形側壁，所述的第二固定件設置于矩形側壁上。
[0011]優選的，所述的驅動組件包括驅動彈性空腔內流體的栗體。
[0012]采用以上結構后，本發明的柔性機器手，與現有技術相比，具有以下優點:所述的手狀本體手指處包括若干執行主體，所述的執行主體包括彈性空腔，所述的執行主體包括彈性空腔，所述的彈性空腔設有限制彈性空腔徑向膨脹的第一固定件以及限制彈性空腔一側軸向膨脹的第二固定件，在彈性空腔內壓力發生變化時，由于第二固定件將彈性空腔一側限制軸向膨脹，所以彈性空腔會發生彎曲或者由彎曲逐漸伸直，且由于彈性空腔可以發生形變，在執行主體抵觸接觸物時，執行主體能自身發生形變以適應接觸物，并設置控制彈性空腔內壓力的驅動組件，實現對彈性空腔內壓力的增大或減小，控制手狀本體進行抵觸、抓取等動作，并通過控制組件精準檢測控制，所述的控制組件包括控制驅動組件的控制器、沿彈性空腔軸向設置的彎曲傳感器、沿彈性空腔軸向間隔設置的慣性傳感器，一端位于彈性空腔內的氣壓傳感器，所述的氣壓傳感器可以實時準確反饋彈性空腔內壓力，所述的慣性傳感器可以實時反饋自身位置，通過各個慣性傳感器自身位置能準確反應彈性空腔的空間位置，彎曲傳感器能準確的反饋彈性空腔側壁的彎曲程度，控制器接收氣壓傳感器、慣性傳感器、彎曲傳感器信號并判斷執行主體狀況進行實時精確的控制，使柔性機器手能精準運行，且結構簡單可靠。
[0013]本發明的技術解決方案是，還提供一種柔性機器手的控制方法，包括:
[0014]a、控制器接收彎曲角度X命令并識別執行主體原彎曲角度Y;
[0015]b、控制器對比彎曲角度X和原彎曲角度Y并控制驅動組件改變彈性空腔壓力；
[0016]C、控制器實時接收慣性傳感器發出的位置信號、彎曲傳感器發出的彎曲角度信號以及氣壓傳感器發出的氣壓信號；
[0017]d、控制器根據傳感器信號變化值判斷執行主體的彎曲角度并實現執行主體的彎曲角度為X。
[0018]優選的，所述的步驟d具體包括以下步驟:
[0019]dl、控制器根據實時位置信號、曲角度信號、氣壓信號分別得到實時彎曲角度Z1、Z2、Z3;
[0020](12、控制器判斷實時彎曲角度21、22、23，
[0021 ]當Zl、Z2、Z3均按一定偏差η內的幅度變化時，控制器判斷實時彎曲角度Zl為實時執行主體彎曲角度，
[0022]當Zl、Ζ2、Ζ3未按一定偏差η內的幅度變化時，控制器取Ζ2和Ζ3的計算值為實時執行主體彎曲角度；
[0023]d2、控制器根據實時執行主體彎曲角度控制彈性空腔壓力使執行主體的彎曲角度為X。
[0024]優選的，所述的步驟d2中控制器取Z2和Z3的計算值為實時執行主體彎曲角度是指:控制器將Z2和Z3分別乘以不同的權重并相加得到實時執行主體彎曲角度，所述的權重通過氣壓傳感器、彎曲傳感器與執行主體實際彎曲角度模型計算得到。
[0025]優選的，所述的執行主體外表面設有檢測執行主體所受外界壓力的外壓力傳感器，當外壓力傳感器信號大于一定閾值與/或內壓力傳感器信號大于一定閾值，減小各彈性空腔壓力并停止驅動組件運動。
[0026]優選的，所述的執行主體原彎曲角度Y通過控制器上一次記錄的執行主體彎曲角度得到或通過彎曲傳感器實時檢測得到。
[0027]采用以上結構后，本發明的一種柔性機器手，與現有技術相比，具有以下優點:通過氣壓傳感器可以實時準確反饋彈性空腔內壓力，所述的慣性傳感器可以實時反饋自身位置，通過各個慣性傳感器自身位置能準確反應彈性空腔的空間位置，彎曲傳感器能準確的反饋彈性空腔側壁的彎曲程度，控制器實時接收氣壓傳感器、慣性傳感器、彎曲傳感器信號并比較三者之間的變化值判斷執行主體的實時彎曲角度，減少各種因素對自身判斷的干擾，且避免了自身形變的干擾，能準確檢測并準確控制。
【附圖說明】
[0028]圖1是本發明的一種柔性機器手的結構示意圖。
[0029]圖中所示:1、執行主體;2、控制組件;3、驅動組件。
【具體實施方式】
[0030]下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步說明。
[0031]請參閱圖1所示，本發明的一種柔性機器手，包括:手狀本體、驅動組件3、控制組件2，所述的手狀本體手指處包括若干執行主體I，所述的執行主體I包括彈性空腔，所述的彈性空腔設有限制彈性空腔徑向膨脹的第一固定件以及限制彈性空腔一側軸向膨脹的第二固定件，所述的驅動組件3與彈性空腔連接并控制彈性空腔內壓力，所述的控制組件2包括控制驅動組件3的控制器、沿彈性空腔軸向設置的彎曲傳感器、沿彈性空腔軸向間隔設置的慣性傳感器，一端位于彈性空腔內的內壓力傳感器，所述的手狀本體手指處包括若干執行主體I，所述的執行主體I包括彈性空腔，所述的執行主體I包括彈性空腔，所述的彈性空腔設有限制彈性空腔徑向膨脹的第一固定件以及限制彈性空腔一側軸向膨脹的第二固定件，在彈性空腔內壓力發生變化時，由于第二固定件將彈性空腔一側限制軸向膨脹，所以彈性空腔會發生彎曲或者由彎曲逐漸伸直，且由于彈性空腔可以發生形變，在執行主體I抵觸接觸物時，執行主體I能自身發生形變以適應接觸物，并設置控制彈性空腔內壓力的驅動組件3，實現對彈性空腔內壓力的增大或減小，控制手狀本體進行抵觸、抓取等動作，并通過控制組件2精準檢測控制，所述的控制組件2包括控制驅動組件3的控制器、沿彈性空腔軸向設置的彎曲傳感器、沿彈性空腔軸向間隔設置的慣性傳感器，一端位于彈性空腔內的氣壓傳感器，所述的氣壓傳感器可以實時準確反饋彈性空腔內壓力，所述的慣性傳感器可以實時反饋自身位置，通過各個慣性傳感器自身位置能準確反應彈性空腔的空間位置，彎曲傳感器能準確的反饋彈性空腔側壁的彎曲程度，控制器接收氣壓傳感器、慣性傳感器、彎曲傳感器信號并判斷執行主體I狀況進行實時精確的控制，使柔性機器手能精準運行，且結構簡單可
A+-.與巨O
[0032]控制器具體控制如下，該控制器利用氣壓傳感器采集彈性空腔內部壓力值信號，并將該信號經過模/數轉換器送給微控制器芯片，然后通過增量式PID算法控制進入腔體的氣流量從而控制的姿態。整個裝置的硬件平臺主要由電源模塊，控制電路，打氣栗，電磁閥組，氣壓傳感器、慣性傳感器、彎曲傳感器以及氣管氣動接頭和外圍電路組成。控制電路中主要由微控制器芯片，M0SFET模塊和壓力傳送器模塊組成的。電源模塊由24V開關電源和降壓模塊組成，24V開關電源將220V交流電轉化成24V直流電，降壓模塊將24V直流電轉化成12V和3.3V的直流電供給裝置工作。微控制器芯片產生PffM波信號輸入到MOSFET管柵極從而驅動高頻電磁閥的通斷。由于PWM波的控制實質是利用面積等效原理，這就要求系統有足夠高的可調頻率，因此該系統中使用開關頻率高達200Hz的電磁閥，閥門的開斷時間為5ms，分別連接軟體，打氣栗，消聲器作為排氣孔。取PWM波頻率為150Hz，通過調節PWM占空比，SP調節高頻電磁閥的接通和斷開時間，可以控制進氣壓力，通過氣壓傳感器、慣性傳感器、彎曲傳感器信號反饋給微控制器芯片，微控制器芯片再改變方波的占空比(PWM)來控制電磁閥的通斷時間來改變氣壓以達到設定的氣壓值。
[0033]所述的執行主體I包括兩個相對設置的彈性空腔，所述的第二固定件設置于兩個彈性空腔之間，所述的執行主體I包括若干沿執行主體I周向排布的彈性空腔，即