[發明專利]一種繩驅同軸人工肌肉執行器及其控制方法

在審

• 申請號: 202210127432.3
• 申請日: 2022-02-11
• 公開（公告）號: CN114406999A
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發明（設計）人: 趙迪;任雷;王坤陽;錢志輝;梁威;陳魏;盧雪薇;任露泉
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: B25J9/10
• 分類號: B25J9/10
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 邵銘康;朱世林

1.一種繩驅同軸人工肌肉執行器，其特征在于，由繞線組件(A)、前部組件(B)、后部組件(C)和繩索Ⅰ(1)組成，其中繞線組件(A)由支架(A1)、繞線臂(A2)、繞線軸(A3)、驅動環(2)、繩索Ⅱ(3)、瓷管Ⅰ(4)和瓷管Ⅱ(5)組成，支架(A1)的豎板(6)上設有孔Ⅰ(7)，支架(A1)的橫板(8)上設有凸臺組(9)的三個凸臺；繞線臂(A2)上設有上孔(10)和中心孔Ⅰ(11)；繞線軸(A3)上設有導向銷(12)、中心孔Ⅱ(13)和繞線槽(14)；瓷管Ⅰ(4)固接于支架(A1)的孔Ⅰ(7)；瓷管Ⅱ(5)固接于繞線臂(A2)的上孔(10)；驅動環(2)、繩索Ⅱ(3)、支架(A1)、繞線臂(A2)和繞線軸(A3)自前至后順序排列；繩索Ⅱ(3)前端與驅動環(2)固接，繩索Ⅱ(3)后端經瓷管Ⅰ(4)和瓷管Ⅱ(5)固接于繞線軸(A3)的繞線槽(14)中；前部組件(B)由減速器組件(B1)、前殼(B2)、緩沖片Ⅰ(15)、緩沖片Ⅱ(16)、力傳感器(17)和信號線(18)組成，減速器組件(B1)由輸出軸(19)、減速器(20)和金屬片(22)組成，金屬片(22)固接于減速器(20)的后端，減速器(20)前面設有孔對Ⅰ(21)的兩個孔；前殼(B2)上面前部設有豎孔Ⅰ(26)，上面后端設有孔Ⅱ(27)；前殼(B2)前面設有中心孔Ⅲ(24)，中心孔Ⅲ(24)兩側設有孔對Ⅱ(25)的兩個孔；前殼(B2)下面設有凹槽組(23)的三個凹槽，下面后端設有孔Ⅲ(29)；前殼(B2)內設有凸臺對(28)的兩個凸臺；前殼(B2)、緩沖片Ⅰ(15)、力傳感器(17)、緩沖片Ⅱ(16)和減速器組件(B1)的減速器(20)自前至后順序排列，減速器組件(B1)的減速器(20)與前殼(B2)內圈、減速器組件(B1)的輸出軸(19)與前殼(B2)的中心孔Ⅲ(24)前后向滑動連接；力傳感器(17)上端與信號線(18)固接；后部組件(C)由電動機組件(C1)、后殼(C2)、控制電路板(30)、線圈引線Ⅰ(31)、連接器(32)、固定環(33)、繩索Ⅲ(34)組成，電動機組件(C1)的電動機(36)上設有凹槽(37)和輸出軸(38)，輸出軸(38)與減速器(20)的輸入齒輪固接；后殼(C2)后面設有中心孔Ⅳ(42)；后殼(C2)上面后部設有豎孔Ⅱ(40)；后殼(C2)上面前端設有孔Ⅳ(39)、后端設有孔Ⅴ(41)；后殼(C2)下面前端設有孔Ⅶ(44)、后端設有孔Ⅵ(43)；控制電路板(30)上設有線圈引線Ⅰ(31)和線圈引線Ⅱ(35)；電動機(36)、控制電路板(30)、連接器(32)、后殼(C2)、繩索Ⅲ(34)和固定環(33)自前至后順序排列，其中電動機(36)外圈與后殼(C2)內圈前后向滑動連接，連接器(32)前端與控制電路板(30)中心固接，連接器(32)與后殼(C2)的中心孔Ⅳ(42)前后向滑動連接；固定環(33)經繩索Ⅲ(34)與后殼(C2)的孔Ⅴ(41)和孔Ⅵ(43)連接；繩索Ⅰ(1)一端與前部組件(B)中孔Ⅱ(27)固接，繩索Ⅰ(1)另一端分別穿過后部組件(C)的孔Ⅳ(39)和前部組件(B)的孔Ⅲ(29)，最后與后部組件(C)的孔Ⅶ(44)固接；前部組件(B)中信號線(18)的后端穿過后部組件(C)的豎孔Ⅱ(40)與后部組件(C)的線圈引線Ⅰ(31)固接；前部組件(B)的輸出軸(19)穿過繞線組件(A)中繞線軸(A3)的中心孔Ⅱ(13)與繞線臂(A2)的中心孔Ⅰ(11)固接；繞線組件(A)的繞線軸(A3)經其上的螺釘對(12)與前部組件(B)的減速器(20)和前殼(B2)固接。

2.一種權利要求1所述繩驅同軸人工肌肉執行器的控制方法，其特征在于，包括下列步驟：

2.1從通信接口讀取目標繩索拉力值；

2.2讀取力傳感器的數值，并進行濾波，計算出繩索上的實際拉力值；

2.3計算出目標拉力值與當前拉力值之間的差值；

2.4比較實際拉力值與目標拉力值的差值，確定張緊力控制模式，有以下三種情況：

2.4.1實際拉力值與目標拉力值的差值在閾值范圍內，執行器進入拉力空閑模式，將電動機的目標電流值設置為0，使電動機保持不轉；

2.4.2實際拉力值大于目標拉力值，且差值大于閾值，執行器進入松弛控制模式，將電動機的驅動電流設置為通過PID算法計算出電動機的驅動電流值，并將電動機的旋轉方向設置為使驅動繩索伸長的方向，最后驅動電動機旋轉；

2.4.3實際拉力值小于目標拉力值，且差值大于閾值，執行器進入張緊控制模式，將電動機的驅動電流設置為通過PID算法計算出電動機的驅動電流值，并將電動機的旋轉方向設置為使驅動繩索縮短的方向，最后驅動電動機旋轉；

2.5返回步驟2.1。