[發明專利]一種氣動軟體手控制系統及其控制方法

有效

• 申請號: 201710332875.5
• 申請日: 2017-05-10
• 公開（公告）號: CN107065618B
• 公開（公告）日: 2019-11-29
• 發明（設計）人: 郝麗娜;陳洋;郭少飛
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: G05B19/04
• 分類號: G05B19/04
• 代理公司: 21234 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙)
• 代理人: 李曉光<國際申請>=<國際公布>=<進入

本發明涉及一種氣動軟體手控制系統及控制方法，包括控制器、功率放大器、運算放大器、氣壓傳感器、彎曲傳感器以及上位機，其中，氣壓傳感器設于與氣動軟體手內腔相通處，其信號線接至控制器的輸入端；彎曲傳感器貼覆于氣動軟體手彎曲部位內側，其信號線經運算放大器接至控制器的輸入端；控制器與上位機進行雙向通訊連接，控制器根據上位機的控制指令輸出PWM信號經功率放大器送至氣動部件，驅動氣動軟體手動作。本發明氣動軟體手控制系統能夠實現對抓取球形物體尺寸判斷，并且能夠對物體實現自適應穩定抓取，填補了氣動軟體手控制系統領域的空白。

技術領域

本發明涉及一種氣動軟體手，具體為一種氣動軟體手控制系統及其控制方法。

背景技術

氣動軟體手是由具有柔軟、可延展、不可壓縮的硅橡膠類材料制備而成。這類氣動軟體手具有高柔順性、無窮自由度。與傳統的剛性機械手相比，由柔性材料制備而成的氣動軟體手在與外部物體接觸時，具有被動適應性，更高的靈活性，尤其適合于非結構環境需求，有利于增加人機合作安全性，受到全世界研究學者和研究機構的廣泛青睞。

在氣動軟體手的應用領域，缺乏合適的柔性傳感器表征其運動過程中的抓取力與抓取位置，而且，現在大多數的氣動軟體手控制系統都為開環系統，無法實現閉環反饋功能，使其應用領域受到了限制。

發明內容

針對現有技術中氣動軟體手為開環系統、無法實現閉環反饋功能等不足，本發明要解決的問題是提供一種能夠實現對抓取球形物體尺寸判斷、并且能夠對物體實現自適應穩定抓取的氣動軟體手控制系統及其控制方法。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：

本發明一種氣動軟體手控制系統，包括控制器、功率放大器、運算放大器、氣壓傳感器、彎曲傳感器以及上位機，其中，氣壓傳感器設于與氣動軟體手內腔相通處，其信號線接至控制器的輸入端；彎曲傳感器貼覆于氣動軟體手彎曲部位內側，其信號線經運算放大器接至控制器的輸入端；控制器與上位機進行雙向通訊連接，控制器根據上位機的控制指令輸出PWM信號經功率放大器送至氣動部件，驅動氣動軟體手動作。

氣動軟體手具有3～5指。

彎曲傳感器貼覆于氣動軟體手的一個手指彎曲部位內側，與手指相對位置保持不變。

手指內側附有防止手指產生徑向膨脹的不可收縮纖維層。

本發明一種氣動軟體手控制方法，包括：上位機控制程序和氣動軟體手控制程序，上位機控制程序包括彎曲-壓力檢測子程序和彎曲-直徑檢測子程序，其中彎曲-直徑檢測子程序控制過程如下：

上位機發送指令，控制器接收上述指令并產生PWM信號，驅動氣動軟體手彎曲變形；

判斷驅動氣動軟體手內腔壓力是否達到期望值；

如果沒有達到期望值，則氣動軟體手繼續產生彎曲運動；

通過彎曲-壓力關系模塊計算預測彎曲值；

當預測彎曲值大于實測彎曲值時，氣動軟體手停止運動，記錄彎曲值；

通過彎曲-直徑關系模塊計算得到物體直徑，并在上位機顯示；

氣動軟體手復位到初始狀態，一次彎曲-直徑檢測過程結束。

當預測彎曲值大于實測彎曲值，則轉至上位機發送指令，控制器接收上述指令并產生PWM信號，驅動氣動軟體手彎曲變形步驟；

或者，如果驅動氣動軟體手內腔壓力已達到期望值，則氣動軟體手復位到初始狀態，則轉至上位機發送指令，控制器接收上述指令并產生PWM信號，驅動氣動軟體手彎曲變形步驟。

彎曲—壓力關系模塊通過MATLAB軟件擬合得到，具有以下關系式