一種柔性執(zhí)行器及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及執(zhí)行器，更確切地說涉及一種柔性執(zhí)行器及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的剛體執(zhí)行器通過其剛性結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)矩(扭力)以及位置(力)傳感器等進行控制，如機械手等，這些剛體執(zhí)行器能夠較好的應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，如抓取裝配流程和點焊工藝等。但是由于其一般剛體執(zhí)行器由剛性結(jié)構(gòu)組成，這就決定了該類機器手有限的操作性和適應(yīng)性，在環(huán)境接觸面不確定或者連續(xù)不可導之類環(huán)境中的運動能力有限，如運動自由度較低，且不能夠改變自身形狀和尺寸以使其不能很好適用于范圍廣泛的任務(wù)和環(huán)境。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種結(jié)構(gòu)簡單，能改變結(jié)構(gòu)以適應(yīng)多種環(huán)境的柔性執(zhí)行器及其控制方法。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，提供一種柔性執(zhí)行器，包括:
[0005]執(zhí)行主體，所述的執(zhí)行主體包括彈性空腔，所述的彈性空腔設(shè)有限制彈性空腔徑向膨脹的第一固定件以及限制彈性空腔一側(cè)軸向膨脹的第二固定件；
[0006]驅(qū)動組件，所述的驅(qū)動組件與彈性空腔連接并控制彈性空腔內(nèi)壓力；
[0007]控制組件，所述的控制組件包括控制驅(qū)動組件的控制器、沿彈性空腔軸向設(shè)置的彎曲傳感器、沿彈性空腔軸向間隔設(shè)置的慣性傳感器，一端位于彈性空腔內(nèi)的氣壓傳感器。
[0008]優(yōu)選的，所述的執(zhí)行主體包括若干沿執(zhí)行主體周向排布的彈性空腔。
[0009]優(yōu)選的，所述的彈性空腔形狀為弓形并包括弧形側(cè)壁和矩形側(cè)壁，所述的第二固定件設(shè)置于矩形側(cè)壁上。
[0010]優(yōu)選的，所述的彈性空腔的側(cè)壁由一弧形側(cè)壁和若干矩形側(cè)壁組成，所述的矩形側(cè)壁兩側(cè)邊緣均設(shè)有第二固定件。
[0011]優(yōu)選的，所述的彈性空腔的側(cè)壁由一弧形側(cè)壁和橫截面為波浪狀的波浪形側(cè)壁，所述的第二固定件設(shè)置于波浪形側(cè)壁上。
[0012]優(yōu)選的，所述的驅(qū)動組件包括驅(qū)動彈性空腔內(nèi)流體的栗體。
[0013]采用以上結(jié)構(gòu)后，本發(fā)明的一種柔性執(zhí)行器，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點:所述的執(zhí)行主體包括彈性空腔，所述的彈性空腔設(shè)有限制彈性空腔徑向膨脹的第一固定件以及限制彈性空腔一側(cè)軸向膨脹的第二固定件，在彈性空腔內(nèi)壓力發(fā)生變化時，由于第二固定件將彈性空腔一側(cè)限制軸向膨脹，所以彈性空腔會發(fā)生彎曲或者由彎曲逐漸伸直，且由于彈性空腔可以發(fā)生形變，在執(zhí)行主體抵觸接觸物時，執(zhí)行主體能自身發(fā)生形變以適應(yīng)接觸物，并設(shè)置控制彈性空腔內(nèi)壓力的驅(qū)動組件，實現(xiàn)對彈性空腔內(nèi)壓力的增大或減小，并通過控制組件精準檢測控制，所述的控制組件包括控制驅(qū)動組件的控制器、沿彈性空腔軸向設(shè)置的彎曲傳感器、沿彈性空腔軸向間隔設(shè)置的慣性傳感器，一端位于彈性空腔內(nèi)的氣壓傳感器，所述的氣壓傳感器可以實時準確反饋彈性空腔內(nèi)壓力，所述的慣性傳感器可以實時反饋自身位置，通過各個慣性傳感器自身位置能準確反應(yīng)彈性空腔的空間位置，彎曲傳感器能準確的反饋彈性空腔側(cè)壁的彎曲程度，控制器接收氣壓傳感器、慣性傳感器、彎曲傳感器信號并判斷執(zhí)行主體狀況進行實時精確的控制，使柔性執(zhí)行器能精準運行，且結(jié)構(gòu)簡單可靠。
[0014]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，還提供一種柔性執(zhí)行器的控制方法，包括:
[0015]a、控制器接收彎曲角度X命令并識別執(zhí)行主體原彎曲角度Y;
[0016]b、控制器對比彎曲角度X和原彎曲角度Y并控制驅(qū)動組件改變彈性空腔壓力；
[0017]C、控制器實時接收慣性傳感器發(fā)出的位置信號、彎曲傳感器發(fā)出的彎曲角度信號以及氣壓傳感器發(fā)出的氣壓信號；
[0018]d、控制器根據(jù)傳感器信號變化值判斷執(zhí)行主體的彎曲角度并實現(xiàn)執(zhí)行主體的彎曲角度為X。
[0019]優(yōu)選的，所述的步驟d具體包括以下步驟:
[0020]dl、控制器根據(jù)實時位置信號、曲角度信號、氣壓信號分別得到實時彎曲角度Zl、Z2、Z3;
[0021](12、控制器判斷實時彎曲角度21、22、23，
[0022]當Zl、Z2、Z3均按一定偏差η內(nèi)的幅度變化時，控制器判斷實時彎曲角度Zl為實時執(zhí)行主體彎曲角度，
[0023]當Zl、Ζ2、Ζ3未按一定偏差η內(nèi)的幅度變化時，控制器取Ζ2和Ζ3的計算值為實時執(zhí)行主體彎曲角度；
[0024]d2、控制器根據(jù)實時執(zhí)行主體彎曲角度控制彈性空腔壓力使執(zhí)行主體的彎曲角度為X。
[0025]優(yōu)選的，所述的步驟d2中控制器取Z2和Z3的計算值為實時執(zhí)行主體彎曲角度是指:控制器將Z2和Z3分別乘以不同的權(quán)重并相加得到實時執(zhí)行主體彎曲角度，所述的權(quán)重通過氣壓傳感器、彎曲傳感器與執(zhí)行主體實際彎曲角度模型計算得到。
[0026]優(yōu)選的，所述的執(zhí)行主體原彎曲角度Y通過控制器上一次記錄的執(zhí)行主體彎曲角度得到或通過彎曲傳感器實時檢測得到。
[0027]采用以上結(jié)構(gòu)后，本發(fā)明的一種柔性執(zhí)行器，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點:通過氣壓傳感器可以實時準確反饋彈性空腔內(nèi)壓力，所述的慣性傳感器可以實時反饋自身位置，通過各個慣性傳感器自身位置能準確反應(yīng)彈性空腔的空間位置，彎曲傳感器能準確的反饋彈性空腔側(cè)壁的彎曲程度，控制器實時接收氣壓傳感器、慣性傳感器、彎曲傳感器信號并比較三者之間的變化值判斷執(zhí)行主體的實時彎曲角度，減少各種因素對自身判斷的干擾，且避免了自身形變的干擾，能準確檢測并準確控制。
【附圖說明】
[0028]圖1是本發(fā)明的一種柔性執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖中所示:1、執(zhí)行主體;2、控制組件;3、驅(qū)動組件。
【具體實施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0031]請參閱圖1所示，本發(fā)明的提供一種柔性執(zhí)行器，包括:執(zhí)行主體1、驅(qū)動組件3、控制組件2，所述的執(zhí)行主體I包括彈性空腔，所述的彈性空腔設(shè)有限制彈性空腔徑向膨脹的第一固定件以及限制彈性空腔一側(cè)軸向膨脹的第二固定件;所述的驅(qū)動組件3與彈性空腔連接并控制彈性空腔內(nèi)壓力;所述的控制組件2包括控制驅(qū)動組件3的控制器、沿彈性空腔軸向設(shè)置的彎曲傳感器、沿彈性空腔軸向間隔設(shè)置的慣性傳感器，一端位于彈性空腔內(nèi)的氣壓傳感器，優(yōu)選的，所述的執(zhí)行主體I包括若干沿執(zhí)行主體I周向排布的彈性空腔，所述的執(zhí)行主體I包括彈性空腔，所述的彈性空腔設(shè)有限制彈性空腔徑向膨脹的第一固定件以及限制彈性空腔一側(cè)軸向膨脹的第二固定件，在彈性空腔內(nèi)壓力發(fā)生變化時，由于第二固定件將彈性空腔一側(cè)限制軸向膨脹，所以彈性空腔會發(fā)生彎曲或者由彎曲逐漸伸直，且由于彈性空腔可以發(fā)生形變，在執(zhí)行主體I抵觸接觸物時，執(zhí)行主體I能自身發(fā)生形變以適應(yīng)接觸物，并設(shè)置控制彈性空腔內(nèi)壓力的驅(qū)動組件3，實現(xiàn)對彈性空腔內(nèi)壓力的增大或減小，并通過控制組件2精準檢測控制，所述的控制組件2包括控制驅(qū)動組件3的控制器、沿彈性空腔軸向設(shè)置的彎曲傳感器、沿彈性空腔軸向間隔設(shè)置的慣性傳感器，一端位于彈性空腔內(nèi)的氣壓傳感器，所述的氣壓傳感器可以實時準確反饋彈性空腔內(nèi)壓力，所述的慣性傳感器可以實時反饋自身位置，通過各個慣性傳感器自身位置能準確反應(yīng)彈性空腔的空間位置，彎曲傳感器能準確的反饋彈性空腔側(cè)壁的彎曲程度，控制器接收氣壓傳感器、慣性傳感器、彎曲傳感器信號并判斷執(zhí)行主體I狀況進行實時精確的控制，使柔性執(zhí)行器能精準運行，且結(jié)構(gòu)簡單可靠。
[0032]控制器具體控制如下，該控制器利用氣壓傳感器采集彈性空腔內(nèi)部壓力值信號，并將該信號經(jīng)過模/數(shù)轉(zhuǎn)換器送給微控制器芯片，然后通過增量式PID算法控制進入腔體的氣流量從而控制執(zhí)行器的姿態(tài)。整個裝置的硬件平臺主要由電源模塊，控制電路，打氣栗，電磁閥組，氣壓傳感器、慣性傳感器、彎曲傳感器以及氣管氣動接頭和外圍電路組成?？刂齐娐分兄饕晌⒖刂破餍酒琈OSFET模塊和壓力傳送器模塊組成的。電源模塊由24V開關(guān)電源和降壓模塊組成，24V開關(guān)電源將220V交流電轉(zhuǎn)化成24V直流電，降壓模塊將24V直流電轉(zhuǎn)化成12V和3.3V的直流電供給裝置工作。微控制器芯片產(chǎn)生PWM波信號輸入到MOSFET管柵極從而驅(qū)動高頻電磁閥的通斷。由于PWM波的控制實質(zhì)是利用面積等效原理，這就要求系統(tǒng)有足夠高的可調(diào)頻率，因此該系統(tǒng)中使用開關(guān)頻率高達200Hz的電磁閥，閥門的開斷時間為5ms，分別連接柔性執(zhí)行器，打氣栗，消聲器作為排氣孔。取PWM波頻率為150Hz，通過調(diào)節(jié)PWM占空比，即調(diào)節(jié)高頻電磁閥的接通和斷開時間，可以控制進氣壓力，通過氣壓傳感器、慣性傳感器、彎曲傳感器信號反饋給微控制器芯片，微控制器芯片再改變方波的占空比(PWM)來控制電磁閥的通斷時間來改變氣壓以達到設(shè)定的氣壓值。