[發(fā)明專利]末端直驅(qū)力補償?shù)慕殡姀椥泽w-繩牽引傳力系統(tǒng)及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202310696790.0
• 申請日: 2023-06-13
• 公開（公告）號: CN116572229A
• 公開（公告）日: 2023-08-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 高興;曹崇景;熊璟;薛嘉盛
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳先進技術(shù)研究院
• 主分類號: B25J9/10
• 分類號: B25J9/10;B25J9/16;B25J13/08
• 代理公司: 北京市誠輝律師事務(wù)所 11430
• 代理人: 朱偉軍;耿慧敏

本發(fā)明涉及一種末端直驅(qū)力補償?shù)慕殡姀椥泽w?繩牽引傳力系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)包括PC/控制系統(tǒng)、驅(qū)動器、數(shù)據(jù)采集卡、精密電壓源、感知模塊、伺服電機、力傳感器、介電彈性體驅(qū)動器、錨定點、鮑登線以及套管；所述PC/控制系統(tǒng)與數(shù)據(jù)采集卡進行連接，數(shù)據(jù)采集卡引出導(dǎo)線分別與驅(qū)動器、力傳感器、精密電壓源和感知模塊相連接；所述驅(qū)動器用于控制伺服電機；力傳感器一側(cè)通過鮑登線與伺服電機相連，另一側(cè)通過鮑登線與介電彈性體驅(qū)動器相連，精密電壓源和感知模塊均與鮑登線中的導(dǎo)線相連接，介電彈性體驅(qū)動器與錨定點固定。本發(fā)明提出一種末端直驅(qū)力補償?shù)慕殡姀椥泽w?繩牽引傳力系統(tǒng)，其在傳統(tǒng)鮑登線傳動系統(tǒng)中可實現(xiàn)力的精確控制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于檢測介電彈性體電容的電路、末端直驅(qū)力補償?shù)慕殡姀椥泽w-繩牽引傳力系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

動力外骨骼通過人機交互的力傳遞完成運動輔助與增強，在醫(yī)療康復(fù)、救援助力、野外行軍等場景展現(xiàn)了廣闊前景。其中關(guān)節(jié)錨定型外骨骼體積更小、質(zhì)量更輕、不易出現(xiàn)關(guān)節(jié)錯位，在需求便攜式、高續(xù)航能力等場景下優(yōu)勢顯著，其采用傳統(tǒng)鮑登線傳動系統(tǒng)，即牽引繩穿過軸向不可壓縮的套管連接驅(qū)動端與錨定點。但是受套管內(nèi)的摩擦影響，牽引繩在驅(qū)動端與錨定端的拉力不相等，且差值受運動狀態(tài)中多種時變因素影響，所以目前驅(qū)動控制實際采用位置控制方法。而精準的力控制又是人機安全交互中必不可少的一環(huán)，所以研究如何實現(xiàn)鮑登線驅(qū)動系統(tǒng)的精準柔順控制是非常有必要的。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種末端直驅(qū)力補償?shù)慕殡姀椥泽w-繩牽引傳力系統(tǒng)，其在傳統(tǒng)鮑登線傳動系統(tǒng)中可實現(xiàn)力的精確控制。

本發(fā)明解決上述問題的技術(shù)方案是：一種末端直驅(qū)力補償?shù)慕殡姀椥泽w-繩牽引傳力系統(tǒng)，其特殊之處在于：

包括PC/控制系統(tǒng)、驅(qū)動器、數(shù)據(jù)采集模塊、精密電壓源、感知模塊、伺服電機、力傳感器、介電彈性體驅(qū)動器(DEA)、錨定點、鮑登線以及套管；

所述PC/控制系統(tǒng)與數(shù)據(jù)采集模塊進行連接，數(shù)據(jù)采集模塊引出導(dǎo)線分別與驅(qū)動器、力傳感器、精密電壓源和感知模塊相連接；

所述驅(qū)動器用于控制伺服電機；力傳感器一側(cè)通過鮑登線與伺服電機相連，另一側(cè)通過鮑登線與介電彈性體驅(qū)動器(DEA)相連，精密電壓源和感知模塊均與鮑登線中的導(dǎo)線相連接，介電彈性體驅(qū)動器(DEA)與錨定點固定。

進一步地，上述鮑登線由內(nèi)向外依次包括正極導(dǎo)線層、第一絕緣層、負極導(dǎo)線層、第二絕緣層和編織套管。

進一步地，上述介電彈性體驅(qū)動器(DEA)為圓柱形介電彈性體驅(qū)動器。

進一步地，上述伺服電機的輸出軸連接卷筒，力傳感器一側(cè)的鮑登線卷繞在卷筒上。

進一步地，上述數(shù)據(jù)采集模塊為數(shù)據(jù)采集卡(DAQ)。

另外，本發(fā)明還提出一種基于上述末端直驅(qū)力補償?shù)慕殡姀椥泽w-繩牽引傳力系統(tǒng)的補償方法，其特殊之處在于，包括以下步驟：

1)在某個特定的時間點通過PC/控制系統(tǒng)對伺服電機進行控制，使其給套管內(nèi)的鮑登線一定的拉力，這個拉力是通過已有的控制算法對人體進行計算后得到的，是人體在此狀態(tài)下所需要的達到平衡狀態(tài)或輔助行走所需要的拉力；

2)通過力傳感器對鮑登線收到的拉力進行實時測量；

3)由于介電彈性體驅(qū)動器(DEA)與錨定點進行了連接固定，鮑登線的拉力會傳遞到介電彈性體驅(qū)動器(DEA)，使得介電彈性體驅(qū)動器(DEA)產(chǎn)生變形，通過感知模塊對PC/控制系統(tǒng)發(fā)出感知信號；

4)由PC/控制系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行分析，將感知信號與伺服電機控制信號進行對比后可得到鮑登線在套管內(nèi)摩擦所損耗的拉力；