[發明專利]一種柔性機械臂及基于中樞模式發生器的控制方法

在審

• 申請號: 202010574139.2
• 申請日: 2020-06-22
• 公開（公告）號: CN111730587A
• 公開（公告）日: 2020-10-02
• 發明（設計）人: 陸強;田娟;馬振鵬
• 申請（專利權）人: 山東第一醫科大學（山東省醫學科學院）
• 主分類號: B25J9/08
• 分類號: B25J9/08;B25J9/16
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 陳曉敏

本公開涉及一種柔性機械臂及基于中樞模式發生器的控制方法，包括沿設定方向依次連接的多個柔性模塊，每個柔性模塊包括一個彈性外殼，彈性外殼的內腔中填充有工作媒介，每個柔性模塊的體積不變，所述彈性外殼包括兩個橫面，多個柔性模塊的延伸方向穿過所述橫面，兩個橫面之間通過縱面連接以形成封閉的彈性外殼；相互耦合的多個中樞模式發生器，所述中樞模式發生器能夠單獨控制每個柔性模塊沿設定方向發生彈性形變，并使得橫面與縱面的面積成反比例變化，進而使得柔性機械臂的整體沿設定軌跡運動。

技術領域

本公開屬于機械臂技術領域，具體涉及一種柔性機械臂及基于中樞模式發生器的控制方法。

背景技術

機器人技術是集生物力學、機械學、機械力學、材料學、人工智能和數學分析等諸多學科為一體的交叉研究領域，它廣泛用于工業生產等領域，其中機械臂的控制方法是研究的熱點。運動是動物維系個體生存的基本功能之一，其中之一就是節律運動。產生節律運動的神經環路被稱為中樞模式發生器，中樞模式發生器是一種不需要傳感器反饋就能產生節律模式輸出的神經網絡。中樞模式發生器一般具有兩個功能，一是產生基本節律信號，另外一個功能是在多個運動神經元基礎上構成和協調運動模式。

發明人了解到，中樞模式發生器所具有的特性，使其可以應用于多自由度的機器人，中樞模式發生器已經成功應用于雙足、四足、六足、八足、可重構機器人、爬行機器人、游泳機器人和飛行機器人等。

但未將中樞模式發生器應用于柔性機械臂，實現機械臂的自主運動。

發明內容

本公開的目的是提供一種柔性機械臂及基于中樞模式發生器的控制方法，能夠利用中樞模式發生器實現機械臂的運動調節。

為實現上述目的，本公開的第一方面提供一種柔性機械臂，包括沿設定方向依次連接的多個柔性模塊，還包括相互耦合的多個中樞模式發生器。

每個柔性模塊包括一個彈性外殼，彈性外殼的內腔中填充有工作媒介，每個柔性模塊的體積不變，所述彈性外殼包括兩個橫面，多個柔性模塊的延伸方向穿過所述橫面，兩個橫面之間通過縱面連接以形成封閉的彈性外殼；

所述中樞模式發生器能夠單獨控制每個柔性模塊沿設定方向發生彈性形變，并使得橫面與縱面的面積成反比例變化，進而使得柔性機械臂的整體沿設定軌跡運動。

本公開的第二方面提供一種基于中樞模式發生器的機械臂控制方法，用于實現所述的柔性機械臂的控制，包括以下步驟，

根據機械臂所受的內力與外力，建立機械臂的運動方程；

以三個中樞模式發生器相互耦合為條件，建立中樞模式發生器的控制模型；

利用中樞模式發生器的控制模型來控制機械臂中橫面以及相應縱面的運動，進而控制機械臂的運動。

以上一個或多個技術方案的有益效果：

傳統機械臂的控制方式受系統模型的階數、結構和參數所限制，隨著環境的變化來設計具體的控制模型實現不同的控制功能；而中樞模式發生器是一種自制的振蕩器，通過多個中樞模式發生器耦合實現對機械臂的控制，具有自組織和自適應性，可以適用于復雜的工作環境。

附圖說明

構成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本申請的進一步理解，本申請的示意性實施例及其說明用于解釋本申請，并不構成對本申請的限定。

圖1是本公開實施例1中整體結構主視圖；

圖2是圖1中A部分結構的節點放大圖；

圖3是本公開實施例2中核心算法控制模型示意圖；

圖4是本公開實施例2中機器臂的內部力仿真圖；

圖5是本公開實施例2中不同時間點的機器臂拿取運動的仿真圖；