一種四足機(jī)器人仿生柔性機(jī)體彎曲控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種四足機(jī)器人仿生柔性機(jī)體彎曲控制系統(tǒng)，包括仿生柔性機(jī)體機(jī)構(gòu)、氣動(dòng)回路、柔性機(jī)體彎曲控制回路和直流電壓源。本發(fā)明所述仿生機(jī)體由氣動(dòng)人工肌肉驅(qū)動(dòng)，具有一定柔性，可以彎曲，控制系統(tǒng)具有控制簡(jiǎn)單、相應(yīng)快速等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】一種四足機(jī)器人仿生柔性機(jī)體彎曲控制系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種四足機(jī)器人仿生柔性機(jī)體彎曲控制系統(tǒng)，用于與腿機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)四足機(jī)器人轉(zhuǎn)向步態(tài)，屬于機(jī)器人【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)四足機(jī)器人機(jī)體為剛性整體結(jié)構(gòu)，雖然能通過(guò)腿機(jī)構(gòu)的多自由度及復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)，但轉(zhuǎn)向半徑大，轉(zhuǎn)向速度慢，不能滿足非結(jié)構(gòu)環(huán)境下機(jī)動(dòng)性要求。四足機(jī)器人機(jī)體的柔順化設(shè)計(jì)是提高四足機(jī)器人非結(jié)構(gòu)化環(huán)境下機(jī)動(dòng)性和平穩(wěn)性的必然要求。
[0003]目前國(guó)內(nèi)外對(duì)四足機(jī)器人仿生柔性機(jī)體研究尚處于開(kāi)始階段，尚沒(méi)有提出一種有效的柔性機(jī)體彎曲的控制方案。本發(fā)明為仿生柔性機(jī)體控制提出了 一種解決方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提出一種四足機(jī)器人仿生柔性機(jī)體彎曲控制系統(tǒng)，填補(bǔ)國(guó)內(nèi)對(duì)仿生柔性機(jī)體彎曲的控制空白。通過(guò)氣路電控有效配合，實(shí)現(xiàn)仿生柔性機(jī)體隨轉(zhuǎn)向步態(tài)規(guī)劃實(shí)現(xiàn)柔順彎曲。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:
一種四足機(jī)器人仿生柔性機(jī)體彎曲控制系統(tǒng)，包括仿生柔性機(jī)體機(jī)構(gòu)、氣動(dòng)回路、柔性機(jī)體彎曲控制回路和直流電壓源；所述的仿生柔性機(jī)體機(jī)構(gòu)包括前機(jī)體、彈簧、后機(jī)體、仿生脊椎、氣動(dòng)人工肌肉和軸承；所述氣動(dòng)人工肌肉通過(guò)軸承與前機(jī)體和后機(jī)體相連；所述仿生脊椎固定于前機(jī)體和后機(jī)體中心位置；所述彈簧兩端固定在前機(jī)體和后機(jī)體上，彈簧與氣動(dòng)人工肌肉關(guān)于仿生脊椎軸對(duì)稱；所述氣動(dòng)回路包括空氣壓縮機(jī)、減壓閥、兩位三通比例閥、壓力傳感器；空氣壓縮機(jī)通過(guò)管道依次連接減壓閥、兩位三通比例閥和壓力傳感器，并連接氣動(dòng)人工肌肉；所述的柔性彎曲控制回路包括PC機(jī)、數(shù)據(jù)采集卡、距離傳感器、激光發(fā)射端、激光接收端；所述PC機(jī)連接數(shù)據(jù)采集卡，所述數(shù)據(jù)采集卡依次連接兩位三通比例閥、壓力傳感器、距離傳感器和激光接收端；所述直流電壓源連接比例閥、壓力傳感器、激光發(fā)射端、激光接收端。
[0006]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下顯而易見(jiàn)的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn):
本發(fā)明改變傳統(tǒng)四足機(jī)器人機(jī)體剛性的設(shè)計(jì)理念，采用仿生柔性機(jī)體機(jī)構(gòu)，脊椎由多節(jié)組成，更具有仿生性。本發(fā)明采用氣動(dòng)人工肌肉作為柔性機(jī)體的驅(qū)動(dòng)器，在操作過(guò)程中產(chǎn)生的熱、噪聲及其它有害物質(zhì)少，而且適合惡劣的工作環(huán)境。本發(fā)明提出一種控制氣動(dòng)人工肌肉長(zhǎng)度變化實(shí)現(xiàn)仿生柔性機(jī)體彎曲的控制方案，采用模糊控制算法，無(wú)需計(jì)算氣動(dòng)人工肌肉的傳遞函數(shù)就可以對(duì)其實(shí)現(xiàn)良好的控制。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0007]圖1是本發(fā)明一種四足機(jī)器人仿生柔性機(jī)體彎曲控制系統(tǒng)的示意圖。[0008]圖2是本發(fā)明一種四足機(jī)器人仿生柔性機(jī)體彎曲控制機(jī)體彎曲后的狀態(tài)示意圖。
[0009]圖3是本發(fā)明一種四足機(jī)器人仿生柔性機(jī)體彎曲控制系統(tǒng)原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明:
參見(jiàn)圖1和圖2，一種四足機(jī)器人仿生柔性機(jī)體彎曲控制系統(tǒng)，包括仿生柔性機(jī)體機(jī)構(gòu)1、氣動(dòng)回路I1、柔性機(jī)體彎曲控制回路III和直流電壓源7 ;所述的仿生柔性機(jī)體機(jī)構(gòu)I包括前機(jī)體8、彈簧9、后機(jī)體10、仿生脊椎11、氣動(dòng)人工肌肉15和軸承16 ;所述氣動(dòng)人工肌肉15通過(guò)軸承16與前機(jī)體8和后機(jī)體10相連；所述仿生脊椎11固定于前機(jī)體8和后機(jī)體10中心位置；所述彈簧9兩端固定在前機(jī)體8和后機(jī)體10上，彈簧9與氣動(dòng)人工肌肉15關(guān)于仿生脊椎11軸對(duì)稱；所述氣動(dòng)回路II包括空氣壓縮機(jī)3、減壓閥4、兩位三通比例閥5、壓力傳感器6 ;空氣壓縮機(jī)3通過(guò)管道依次連接減壓閥4、兩位三通比例閥5和壓力傳感器6，并連接氣動(dòng)人工肌肉15 ;所述的柔性彎曲控制回路III包括PC機(jī)1、數(shù)據(jù)采集卡2、距離傳感器13、激光發(fā)射端12、激光接收端14 ;所述PC機(jī)I連接數(shù)據(jù)采集卡2，所述數(shù)據(jù)采集卡2依次連接兩位三通比例閥5、壓力傳感器6、距離傳感器13和激光接收端14 ;所述直流電壓源7連接比例閥5、壓力傳感器6、激光發(fā)射端12、激光接收端14。
[0011]如圖3所示，本發(fā)明的操作原理如下，
距離傳感器13實(shí)時(shí)測(cè)量氣動(dòng)人工肌肉15的實(shí)時(shí)長(zhǎng)度，數(shù)據(jù)采集卡2實(shí)時(shí)采集距離傳感器13測(cè)得的氣動(dòng)人工肌肉15長(zhǎng)度信號(hào)，在PC機(jī)I中計(jì)算氣動(dòng)人工肌肉15長(zhǎng)度與數(shù)據(jù)采集卡2實(shí)時(shí)采集的氣動(dòng)人工肌肉15長(zhǎng)度之差；在？(:機(jī)I中建立模糊控制器，將長(zhǎng)度的誤差信號(hào)和誤差信號(hào)微分輸入模糊控制器中，得出的輸出電壓信號(hào)通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡2發(fā)送給比例閥5用于調(diào)整比例閥5閥開(kāi)口大小，如圖3所示。
[0012]激光發(fā)射端12、激光接收端14用于限制仿生柔性機(jī)體機(jī)構(gòu)I最大彎曲角度，防止彎曲過(guò)大對(duì)彈簧9造成不可回復(fù)的形變；其工作原理為:當(dāng)仿生柔性機(jī)體機(jī)構(gòu)I達(dá)到最大彎曲角度，激光發(fā)射端12與激光接收端14連通，向數(shù)據(jù)采集卡2發(fā)送高電平信號(hào)，數(shù)據(jù)采集卡2接收到此信號(hào)時(shí)關(guān)閉比例閥5閥口，停止向氣動(dòng)人工肌肉15通入氣體，仿生柔性機(jī)體機(jī)構(gòu)I將停止彎曲。
【權(quán)利要求】
1.一種四足機(jī)器人仿生柔性機(jī)體彎曲控制系統(tǒng)，其特征在于，包括仿生柔性機(jī)體機(jī)構(gòu)(I)、氣動(dòng)回路(II)、柔性機(jī)體彎曲控制回路(III)和直流電壓源(7);所述的仿生柔性機(jī)體機(jī)構(gòu)(I)包括前機(jī)體(8 )、彈簧(9 )、后機(jī)體(10 )、仿生脊椎(11)、氣動(dòng)人工肌肉(15 )和軸承(16);所述氣動(dòng)人工肌肉(15)通過(guò)軸承(16)與前機(jī)體(8)和后機(jī)體(10)相連；所述仿生脊椎(11)固定于前機(jī)體(8)和后機(jī)體(10)中心位置；所述彈簧(9)兩端固定在前機(jī)體(8)和后機(jī)體(10)上,彈簧(9)與氣動(dòng)人工肌肉(15)關(guān)于仿生脊椎(11)軸對(duì)稱；所述氣動(dòng)回路(II)包括空氣壓縮機(jī)(3)、減壓閥(4)、兩位三通比例閥(5)、壓力傳感器(6);空氣壓縮機(jī)(3)通過(guò)管道依次連接減壓閥(4)、兩位三通比例閥(5)和壓力傳感器(6)，并連接氣動(dòng)人工肌肉(15);所述的柔性彎曲控制回路(III)包括PC機(jī)(I)、數(shù)據(jù)采集卡(2)、距離傳感器(13)、激光發(fā)射端(12)、激光接收端(14);所述PC機(jī)(I)連接數(shù)據(jù)采集卡(2)，所述數(shù)據(jù)采集卡(2)依次連接兩位三通比例閥(5)、壓力傳感器(6)、距離傳感器(13)和激光接收端(14);所述直流電壓源(7)連接比例閥(5)、壓力傳感器(6)、激光發(fā)射端(12)、激光接收端(14)。
【文檔編號(hào)】G05D1/02GK103744426SQ201410000068
【公開(kāi)日】2014年4月23日 申請(qǐng)日期:2014年1月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月2日
【發(fā)明者】雷靜桃, 俞煌穎, 吳建東, 任明明 申請(qǐng)人:上海大學(xué)