[發明專利]液壓與仿生肌肉共同驅動的微型機械臂及其驅動方法

有效

• 申請號: 201610998687.1
• 申請日: 2016-11-14
• 公開（公告）號: CN106737570B
• 公開（公告）日: 2019-01-22
• 發明（設計）人: 許明;余昕;陳國金
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00;B25J17/00;B25J19/00
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 杜軍

1.液壓與仿生肌肉共同驅動的微型機械臂，包括機座、殼體、執行臂、微型編碼器、關節、仿生肌肉氣囊、進油比例閥、進油接頭、高壓油管、低壓油管和出油比例閥；其特征在于：所述殼體的主體呈內部中空且兩端封閉的圓柱狀，殼體共有n個，2≤n≤6；n個殼體依次首尾相連，即前一級殼體的后端內側與后一級殼體的前端內側構成轉動副；第一級殼體的前端與機座固定，最后一級殼體的后端內側與執行臂的前端內側構成轉動副；相連的兩個殼體之間以及最后一級殼體與執行臂之間均設有關節；每個殼體的后端均固定有微型編碼器，微型編碼器的輸入軸與對應殼體轉動副位置的鉸接軸固定；所述的微型編碼器均為絕對型編碼器；所述殼體的內腔作為油腔；油腔壁上固定有一個仿生肌肉氣囊；殼體的側面固定有進油接頭，進油接頭連通進油比例閥的出油口與殼體油腔的進油口，進油比例閥的進油口與高壓油管連通；液壓泵將油箱里的液壓油打入高壓油管；

所述的關節包括膨脹油管、復位彈簧和出油接頭；所述的膨脹油管設置在相連的兩個殼體或最后一級殼體與執行臂之間；膨脹油管的進油口與靠近機座側的殼體內的油腔出油口連通；所述的出油接頭連通膨脹油管的出油口與出油比例閥的進油口；出油比例閥的出油口與低壓油管連通，低壓油管回油至油箱；相連的殼體的相對面通過對應關節的復位彈簧連接，最后一級殼體與執行臂的相對面通過對應關節的復位彈簧連接。

2.根據權利要求1所述的液壓與仿生肌肉共同驅動的微型機械臂，其特征在于：所述的進油接頭設置在殼體靠前端位置。

3.根據權利要求1所述的液壓與仿生肌肉共同驅動的微型機械臂，其特征在于：所述的出油接頭固定在膨脹油管的出油口處。

4.根據權利要求1所述的液壓與仿生肌肉共同驅動的微型機械臂，其特征在于：所述的仿生肌肉氣囊的材料采用電活性聚合物。

5.根據權利要求1所述的液壓與仿生肌肉共同驅動的微型機械臂，其特征在于：所述膨脹油管的進油口所在側粘在殼體后端面。

6.根據權利要求1所述的液壓與仿生肌肉共同驅動的微型機械臂，其特征在于：所述的仿生肌肉氣囊、進油比例閥、出油比例閥均由控制器驅動控制，控制器采用型號為STM32F107的單片機；微型編碼器與控制器相連。

7.根據權利要求1或6所述的液壓與仿生肌肉共同驅動的微型機械臂，其特征在于：所述的進油比例閥和出油比例閥均為派克漢尼汾中國有限公司的VSO系列比例閥。

8.如權利要求1所述的液壓與仿生肌肉共同驅動的微型機械臂的驅動方法，其特征在于：該方法具體如下：相連的兩個殼體軸線之間的當前夾角及最后一級殼體與執行臂軸線之間的當前夾角分別由一個微型編碼器檢測；

若某一當前夾角小于對應的預設夾角，則該當前夾角需要增大，對應關節前端的殼體上的進油比例閥打開，高壓油管內的液壓油進入該殼體的油腔，油腔內液壓油壓力升高，對應關節的膨脹油管內壓力隨殼體的油腔內壓力的升高而升高，膨脹油管脹大，從而使相連的兩個殼體或最后一級殼體與執行臂相對轉動；同時，該殼體內的仿生肌肉氣囊按100～300立方毫米每毫秒的膨脹速度膨脹，液壓油壓力升高的速度加快，使膨脹油管脹大速度加快，從而使相連的兩個殼體或最后一級殼體與執行臂相對轉動的速度加快；夾角增大到預設夾角時，仿生肌肉氣囊按5～15立方毫米每毫秒的收縮速度收縮到膨脹前的狀態，高壓油管內的液壓油進入該殼體油腔的速度與仿生肌肉氣囊的收縮速度相等；然后關閉進油比例閥；

若某一當前夾角大于對應的預設夾角，則該當前夾角需要減小，對應關節上的出油比例閥打開，液壓油從關節流出到低壓油管，關節的膨脹油管內液壓油的壓力降低，膨脹油管縮小；相連的兩個殼體或最后一級殼體與執行臂在復位彈簧的拉動下相對轉動，夾角減小；當夾角減小到預設夾角時，關閉出油比例閥。

9.如權利要求8所述的液壓與仿生肌肉共同驅動的微型機械臂的驅動方法，其特征在于：所述的仿生肌肉氣囊、進油比例閥、出油比例閥均由控制器驅動控制，微型編碼器與控制器相連；將執行臂末端所需到達的位置坐標輸入控制器，控制器根據位置坐標計算出各對相連的兩個殼體軸線之間的預設夾角及最后一級殼體與執行臂軸線之間的預設夾角；控制器根據微型編碼器傳回的信號分別記錄下各對相連的兩個殼體軸線之間的當前夾角及最后一級殼體與執行臂軸線之間的當前夾角。