[發明專利]采用拉線驅動的單驅動柔性機械控制系統及方法、機器人

在審

• 申請號: 201910795090.0
• 申請日: 2019-08-27
• 公開（公告）號: CN110640782A
• 公開（公告）日: 2020-01-03
• 發明（設計）人: 楊棟;杜敬利;王飛杰;李博韜;廉蔭虎
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: B25J15/12
• 分類號: B25J15/12;B25J15/02
• 代理公司: 61227 西安長和專利代理有限公司
• 代理人: 李霞

本發明屬于機械手技術領域，公開了一種采用拉線驅動的單驅動柔性機械控制系統及方法、機器人，所述采用拉線驅動的單驅動柔性機械控制系統設置有：柔性手部分；柔性手部分上安裝有動力傳輸裝置部分，動力傳輸裝置部分上安裝有繩索系統。柔性手部分由手指基座和四根相同的柔性手指組成，四根柔性手指通過螺栓連接固定在手指基座上。動力傳輸裝置由三套動滑輪系統和多個繞線滑輪組成；繩索系統由第一繩索、第二繩索、第三繩索、第四繩索組成。本發明采用拉線驅動方式的單驅動柔性機械手，該柔性機械手僅需一個驅動器，簡化了柔性機械手的控制系統，降低了柔性機械手的造價和重量，適合抓取易碎，形狀復雜的物體。

技術領域

本發明屬于機械手技術領域，尤其涉及一種采用拉線驅動的單驅動柔性機械控制系統及方法、機器人。

背景技術

目前，最接近的現有技術：傳統的剛性機械手和靈巧手等機械裝置已經被廣泛應用于人類的社會生活和生產中，但在對外形多變，表面易碎物體的分揀中，蔬菜水果的采摘中，傳統的剛性機械手難以勝任這樣的工作要求，而具有多傳感器，多自由度及復雜控制的靈巧手雖然可以滿足工作要求，但研發難度大，生產成本高，不利于推廣應用。柔性機械手具有柔順性，自適應性，控制簡單等優點，可以滿足這類工作要求。

目前研究中，針對柔性機械手的驅動方式一種是將力由動力源通過柔性介質傳輸到本體，另一種是利用直接可變形的柔性驅動器。其中，利用氣體為傳輸介質的是氣動驅動，利用柔性線作為傳輸介質的是拉線驅動，直接可變形的有形狀記憶合金和電活性聚合物等驅動方式。形狀記憶合金在外力作用下易于變形，而在受熱時會恢復原狀并輸出一定的力。電活性聚合物是一類受電場作用會發生形變的柔性智能材料。形狀記憶合金和電活性聚合物自身的特性使它們可作為驅動器被應用。

不同的驅動方式各有其優缺點，比如氣動驅動和拉線驅動輸出力較大、響應速度快但由于需要氣源和電動機等動力裝置使得整體重量較大，而形狀記憶合金和電活性聚合物的驅動方式雖然整體重量較小但所能產生的輸出力也較小，所以在需要抓取較重物體的場合不如氣動驅動和拉線驅動的方式。氣動驅動和拉線驅動相比，氣動驅動能耗大，輸出力小于拉線驅動，對柔性手指的制作要求高，比如有密封性等要求。在現有的采用拉線驅動方式的柔性機械手中，柔性手指之間相對獨立，例如一根繩索用來單獨牽引一根柔性手指，多根柔性手指便需要多根繩索分別牽引，多根繩索需要由多個電動機來分別控制。現有的柔性機械手中電動機數量多，控制復雜并且造成柔性機械手的整體重量較大，價格較高。如果能夠通過控制更少的繩索來控制多根柔性手指，例如通過控制一根繩索來控制四根柔性手指的運動，便可以使柔性機械手所需要的電動機數量最少，通過控制一臺電動機牽引與之相連的繩索便可以控制柔性機械手抓取物體。這樣不僅可以降低柔性機械手的總體重量和價格，還能簡化控制系統。

綜上所述，現有技術存在的問題是：在柔性機械手的各種驅動方式中，雖然拉線驅動方式具有輸出力大、能耗小、響應速度快等優點，但同時由于所需驅動器(電動機)數量多而導致采用拉線驅動方式的柔性機械手整體重量較大、價格較高，同時增加了控制的復雜程度。

解決上述技術問題的難度：

解決上述問題需要對采用拉線驅動方式的柔性機械手中的動力傳輸裝置和繩索系統在結構上進行合理設計，使得柔性機械手的多根柔性手指能夠通過更少的電動機來控制，比如僅一臺電動機，如何設計動力傳輸裝置和繩索系統便成為了解決上述問題的難點和重點。

解決上述技術問題的意義：

通過對采用拉線驅動方式的柔性機械手中的動力傳輸裝置和繩索系統進行設計，從而使用一臺電動機來控制柔性機械手抓取物體。由于所需電動機數量最少，所以可以最大程度的降低采用拉線驅動方式的柔性機械手的總體重量和價格，同時簡化了控制系統。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供了一種采用拉線驅動的單驅動柔性機械控制系統及方法、機器人。