[發明專利]一種柔體臂裝置及其控制方法

有效

• 申請號: 202110236153.6
• 申請日: 2021-03-03
• 公開（公告）號: CN113017689B
• 公開（公告）日: 2022-04-01
• 發明（設計）人: 周俊杰;張凌鈺;馬惠臣
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: A61B8/00
• 分類號: A61B8/00;A61B34/30;A61B34/35;A61H7/00
• 代理公司: 北京秉文同創知識產權代理事務所(普通合伙) 11859
• 代理人: 張文武;孫富利

1.一種柔體臂裝置，其特征在于：包括控制單元（1）、通過通訊模塊與所述控制單元（1）相連的執行單元（2）；所述執行單元（2）包括固定座（24）、設于固定座（24）一側的柔體臂本體（25）、設于固定座（24）另一側的頂蓋（23），所述固定座（24）側立面上設有至少三個氣管接頭II（22），所述氣管接頭II（22）位于所述固定座（24）外的端部與比例閥II連接，所述比例閥II與氣泵II連接；所述柔體臂本體（25）內部設有與所述氣管接頭II（22）數量相對應的氣流通道，所述氣管接頭II（22）位于所述固定座（24）內的端部與氣流通道連接，所述氣流通道的下端封閉且不超出所述柔體臂本體（25）的下端面；所述控制單元（1）包括用于控制柔體臂本體（25）彎轉方向和幅度的搖桿（19）、用于控制柔體臂本體（25）按壓力度的手柄（11）、用于檢測所述手柄（11）收縮量的位移傳感器（18），所述位移傳感器（18）與所述控制單元（1）的控制器I連接，所述搖桿（19）、所述控制器I均通過通訊模塊與所述執行單元（2）的控制器II通信連接，所述控制器II與所述比例閥II連接；所述控制單元（1）還包括外殼（12）和彈性體（15），所述彈性體（15）位于所述外殼（12）內部，所述彈性體（15）的上端部與所述手柄（11）的下端部相抵接，所述彈性體（15）用于給手柄提供力的反饋；所述控制單元（1）還包括底座（17），所述底座（17）上設有氣管接頭I（16），所述氣管接頭I（16）的上端連接有氣管I（14），所述氣管I（14）的上端伸入到彈性體（15）中。

2.根據權利要求1所述的一種柔體臂裝置，其特征在于：所述執行單元（2）還包括柔性力傳感器II（26），所述柔性力傳感器II（26）位于所述柔體臂本體（25）的下端面，所述柔性力傳感器II（26）與所述控制器II連接。

3.根據權利要求1所述的一種柔體臂裝置，其特征在于：所述控制單元（1）還包括柔性力傳感器I（13），所述柔性力傳感器I（13）位于所述手柄（11）和所述彈性體（15）的接觸面之間，所述柔性力傳感器I（13）與所述控制器I連接。

4.根據權利要求1所述的一種柔體臂裝置，其特征在于：所述氣管接頭I（16）的下端與比例閥I連接，所述比例閥I與氣泵I連接，所述比例閥I與所述控制器I連接。

5.根據權利要求1-4任一所述的一種柔體臂裝置，其特征在于：所述通訊模塊為無線通訊模塊或有線通訊模塊。

6.一種如權利要求1-5任一所述的柔體臂裝置的控制方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1、操作手柄：操作搖桿（19）和手柄（11）；

S2、獲取數據：通過位移傳感器（18）獲取手柄（11）的位移參數，通過柔性力傳感器I（13）獲取手柄（11）受到的彈性體（15）的作用力參數I；

S3、數據傳輸和轉換：搖桿（19）的彎轉方向和幅度參數經通訊模塊傳輸至控制器II，手柄（11）的位移和作用力參數傳輸至控制器I，控制器I將位移參數傳輸至控制器II；控制器II根據所接收的搖桿（19）彎轉方向和幅度參數計算得出氣流通道所需要的使柔體臂本體（25）發生相應彎轉方向和幅度的彎轉壓強值，控制器II根據所接收的手柄（11）位移參數計算得出氣流通道所需要的使柔體臂本體（25）發生伸長形變的伸長壓強值；

S4、執行：控制器II根據彎轉壓強值控制比例閥II和氣泵II向氣流通道中充入相應量的氣體，使得柔體臂本體（25）在氣流通道的作用下發生彎曲形變；控制器II根據伸長壓強值控制比例閥II和氣泵II向氣流通道中充入相應量的氣體，使得柔體臂本體（25）在氣流通道的作用下發生伸長形變；

S5、反饋和校正。

7.根據權利要求6所述的控制方法，其特征在于：S3中，控制器II根據所接收的搖桿（19）彎轉方向和幅度參數通過多腔控制模型計算得出每個氣流通道中所需要的彎轉壓強值，控制器II將所接收的手柄（11）位移參數按比例增大后計算得出每個氣流通道中所需要的伸長壓強值。

8.根據權利要求6或7所述的控制方法，其特征在于：S5包括如下步驟：

S51：柔性力傳感器II（26）獲取柔體臂本體（25）端部受到的外界的作用力參數II并將該作用力參數II傳輸至控制器II，控制器II將作用力參數II傳輸至控制器I；

S52：控制器I對作用力參數I和作用力參數II進行比較，計算得出作用力參數I和作用力參數II的差值絕對值；控制器I將差值絕對值與預設值進行比較；

S53：若差值絕對值小于預設值，則重復S1至S52；若差值絕對值大于預設值，則，控制器I計算得出彈性體（15）中應充入的氣體量并控制比例閥I和氣泵I向彈性體（15）中充入相應量的氣體，或者，控制器I控制比例閥I和氣泵I向彈性體（15）中充入氣體直至差值絕對值小于預設值，然后重復S1至S52。