【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及氣動肌肉機械臂，尤其涉及一種拮抗作用下三自由度氣動肌肉機械臂裝置及控制系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
1、本部分的陳述僅僅是提供了與本專利技術(shù)相關(guān)的
技術(shù)介紹
信息，不必然構(gòu)成在先技術(shù)。
2、機器人技術(shù)已經(jīng)深入應(yīng)用到多個領(lǐng)域中，對驅(qū)動設(shè)備的性能要求也越來越高。氣動肌肉作為一種柔順型的驅(qū)動器應(yīng)運而生，它具有質(zhì)量輕、體積小、安全性高等優(yōu)勢，同時能產(chǎn)生較大的驅(qū)動力，能夠很好地滿足安全的人機交互應(yīng)用需求。與電動機相比，氣動肌肉重量輕且具有高的力重量比，它們的工作原理與人體肌肉的工作原理相同，氣動肌肉施加的力隨著人工肌肉收縮長度的增加而減小，最終變?yōu)榱悖諝獾目蓧嚎s性也對不可預(yù)測的沖擊起到緩沖作用。根據(jù)工作原理和設(shè)計理念，迄今為止，氣動肌肉已經(jīng)在仿生醫(yī)學(xué)、仿生機器人等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。氣動肌肉驅(qū)動的機器人手臂是一類具有良好柔順性能的機器人手臂，在眾多領(lǐng)域具有突出的優(yōu)勢。在氣動肌肉驅(qū)動的機器人手臂系統(tǒng)中，機械手關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)、位置控制、遠程控制等是其中最為重要的關(guān)鍵技術(shù)問題。
3、由于氣動肌肉自身的特點其只能產(chǎn)生軸向方向的收縮，因此目前將氣動肌肉作為驅(qū)動器的并聯(lián)機械機構(gòu)大多利用運動平臺的重力與氣動肌肉產(chǎn)生對抗，該種方案將機械手布置在靜平臺上，將運動平臺布置在靜平臺的下方，制約了平臺的應(yīng)用范圍；另一種解決方案是將運動平臺布置在靜平臺的上方，在兩個平臺中間增加支撐關(guān)節(jié)部分，該支撐部分的設(shè)計在很大程度上影響到平臺的運動自由度和性能，當前的方案無法有效地控制運動平臺的三個平移自由度，或者導(dǎo)致整個平臺缺乏柔性。
4、
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)為了解決上述問題，提出了一種拮抗作用下三自由度氣動肌肉機械臂裝置及控制系統(tǒng)，通過同時控制六根氣動肌肉，能夠?qū)崿F(xiàn)機械手在三維空間內(nèi)繞x、y、z軸方向轉(zhuǎn)動，結(jié)構(gòu)簡單易于實現(xiàn)。
2、為實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采用如下技術(shù)方案：
3、第一方面，提出了一種拮抗作用下三自由度氣動肌肉機械臂裝置，包括外支撐、機械手、第一平衡桿件、第二平衡桿件、限位件和轉(zhuǎn)軸，外支撐的第一端與轉(zhuǎn)軸連接，轉(zhuǎn)軸還與第一氣動肌肉的第二端和第二氣動肌肉的第二端連接，第一氣動肌肉和第二氣動肌肉能夠帶動轉(zhuǎn)軸繞自身軸線旋轉(zhuǎn)，限位件與轉(zhuǎn)軸連接，第一平衡桿件通過第三連接軸與限位件連接，第一平衡桿件的兩端分別與第三氣動肌肉的第二端和第四氣動肌肉的第二端連接，第三氣動肌肉和第四氣動肌肉能夠帶動第一平衡桿件繞第三連接軸旋轉(zhuǎn)，第二平衡桿件與第一平衡桿件連接，第二平衡桿件的兩端分別與第五氣動肌肉的第二端和第六氣動肌肉的第二端連接，第五氣動肌肉和第六氣動肌肉能夠帶動第二平衡桿件繞第一平衡桿件旋轉(zhuǎn)，第一平衡桿件與第三連接軸相垂直；機械手與第二平衡桿件連接，六根氣動肌肉的第一端均與外支撐的第二端鉸接。
4、第二方面，提出了第一方面提出的一種拮抗作用下三自由度氣動肌肉機械臂裝置的控制系統(tǒng)，包括：
5、電磁比例閥，用于調(diào)節(jié)通入氣動肌肉的氣流的流量；
6、運動狀態(tài)獲取模塊，用于獲取一種拮抗作用下三自由度氣動肌肉機械臂裝置的運動狀態(tài)；
7、上位機，用于根據(jù)裝置的運動狀態(tài)，確定各氣動肌肉內(nèi)部所需的氣體壓力，根據(jù)所需的氣體壓力對電磁比例閥的開度進行控制，來滿足各氣動肌肉內(nèi)部所需的氣體壓力。
8、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)的有益效果為：
9、1、本專利技術(shù)通過設(shè)置六根氣動肌肉，進而通過六根氣動肌肉與轉(zhuǎn)軸、限位件、第一平衡桿件和第二平衡桿件連接，從而實現(xiàn)了機械手多方向的旋轉(zhuǎn)運動，且運動自然柔順，裝置整體結(jié)構(gòu)簡單易于實現(xiàn)。
10、2、本專利技術(shù)的第一氣動肌肉和第二氣動肌肉通過柔性連接件與轉(zhuǎn)軸連接，且通過滑輪對柔性連接件進行支撐，保證了機械手旋轉(zhuǎn)運動的柔順性。
11、3、本專利技術(shù)通過第三氣動肌肉、第四氣動肌肉、第五氣動肌肉和第六氣動肌肉直接與第一平衡桿件和第二平衡桿件的端部連接，進而在第三、四、五、六氣動肌肉伸縮時，能夠直接帶動第一平衡桿件和第二平衡桿件的運動，從而降低了中間傳遞過程能量的損失，提高了能量的利用率。
12、4、本專利技術(shù)通過在轉(zhuǎn)軸內(nèi)布置兩個限位件，將第一平衡桿件放置于兩個限位件之間，從而能夠帶動機械手跟隨轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，并保證機械手旋轉(zhuǎn)過程中的穩(wěn)定性，結(jié)構(gòu)簡單，裝置的整體體積較小。
13、本專利技術(shù)附加方面的優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本專利技術(shù)的實踐了解到。
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1.一種拮抗作用下三自由度氣動肌肉機械臂裝置，其特征在于，包括外支撐、機械手、第一平衡桿件、第二平衡桿件、限位件和轉(zhuǎn)軸，外支撐的第一端與轉(zhuǎn)軸連接，轉(zhuǎn)軸還與第一氣動肌肉的第二端和第二氣動肌肉的第二端連接，第一氣動肌肉和第二氣動肌肉能夠帶動轉(zhuǎn)軸繞自身軸線旋轉(zhuǎn)，限位件與轉(zhuǎn)軸連接，第一平衡桿件通過第三連接軸與限位件連接，第一平衡桿件的兩端分別與第三氣動肌肉的第二端和第四氣動肌肉的第二端連接，第三氣動肌肉和第四氣動肌肉能夠帶動第一平衡桿件繞第三連接軸旋轉(zhuǎn)，第二平衡桿件與第一平衡桿件連接，第二平衡桿件的兩端分別與第五氣動肌肉的第二端和第六氣動肌肉的第二端連接，第五氣動肌肉和第六氣動肌肉能夠帶動第二平衡桿件繞第一平衡桿件旋轉(zhuǎn)，第一平衡桿件與第三連接軸相垂直；機械手與第二平衡桿件連接，六根氣動肌肉的第一端均與外支撐的第二端鉸接。
2.如權(quán)利要求1所述的一種拮抗作用下三自由度氣動肌肉機械臂裝置，其特征在于，每根氣動肌肉均通過連接桿和鉸接支座與外支撐的第二端鉸接，且每根氣動肌肉的第一端均能在其鉸接處做相互垂直的兩個方向的轉(zhuǎn)動。
3.如權(quán)利要求1所述的一種拮抗作用下三自由度氣動
4.如權(quán)利要求3所述的一種拮抗作用下三自由度氣動肌肉機械臂裝置，其特征在于，鉸接頭包括第一連接件和第三連接件，第三連接件的一端與氣動肌肉的第二端連接，另一端與第一連接件的第一端連接，并能繞第一方向轉(zhuǎn)動，第一連接件的第二端與第一平衡桿件或第二平衡桿件連接，并能繞第二方向轉(zhuǎn)動，第一方向與第二方向相垂直，且第二方向與第一平衡桿件的旋轉(zhuǎn)軸線或第二平衡桿件的軸線共向。
5.如權(quán)利要求1所述的一種拮抗作用下三自由度氣動肌肉機械臂裝置，其特征在于，第一氣動肌肉和第二氣動肌肉的第二端均通過動力傳遞組件與轉(zhuǎn)軸連接，第一氣動肌肉和第二氣動肌肉位于轉(zhuǎn)軸的側(cè)面，且第一氣動肌肉與第二氣動肌肉，兩個動力傳遞組件，及第一氣動肌肉與轉(zhuǎn)軸連接的位置與第二氣動肌肉與轉(zhuǎn)軸連接的位置，均關(guān)于轉(zhuǎn)軸的徑向?qū)ΨQ。
6.如權(quán)利要求5所述的一種拮抗作用下三自由度氣動肌肉機械臂裝置，其特征在于，動力傳遞組件包括柔性連接件和滑輪，滑輪固定于外支撐的外部，并能夠繞自身軸線轉(zhuǎn)動，柔性連接件的一端與第一氣動肌肉或第二氣動肌肉連接，另一端穿過滑輪與轉(zhuǎn)軸連接。
7.如權(quán)利要求1所述的一種拮抗作用下三自由度氣動肌肉機械臂裝置，其特征在于，第一氣動肌肉和第二氣動肌肉組成第一對拮抗型氣動肌肉；第三氣動肌肉和第四氣動肌肉組成第二對拮抗型氣動肌肉；第五氣動肌肉和第六氣動肌肉組成第三對拮抗型氣動肌肉。
8.如權(quán)利要求1所述的一種拮抗作用下三自由度氣動肌肉機械臂裝置，其特征在于，在轉(zhuǎn)軸內(nèi)設(shè)置對稱設(shè)置兩個限位件，將第一平衡桿件放置于兩個限位件之間，并通過第三連接軸將第一平衡桿件與兩個限位件連接。
9.權(quán)利要求1-8任一項所述的一種拮抗作用下三自由度氣動肌肉機械臂裝置的控制系統(tǒng)，其特征在于，包括：
10.如權(quán)利要求9所述的一種拮抗作用下三自由度氣動肌肉機械臂裝置的控制系統(tǒng)，其特征在于，運動狀態(tài)獲取模塊，用于獲取一種拮抗作用下三自由度氣動肌肉機械臂裝置的圖像；根據(jù)圖像，確定一種拮抗作用下三自由度氣動肌肉機械臂裝置的運動狀態(tài)。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種拮抗作用下三自由度氣動肌肉機械臂裝置，其特征在于，包括外支撐、機械手、第一平衡桿件、第二平衡桿件、限位件和轉(zhuǎn)軸，外支撐的第一端與轉(zhuǎn)軸連接，轉(zhuǎn)軸還與第一氣動肌肉的第二端和第二氣動肌肉的第二端連接，第一氣動肌肉和第二氣動肌肉能夠帶動轉(zhuǎn)軸繞自身軸線旋轉(zhuǎn)，限位件與轉(zhuǎn)軸連接，第一平衡桿件通過第三連接軸與限位件連接，第一平衡桿件的兩端分別與第三氣動肌肉的第二端和第四氣動肌肉的第二端連接，第三氣動肌肉和第四氣動肌肉能夠帶動第一平衡桿件繞第三連接軸旋轉(zhuǎn)，第二平衡桿件與第一平衡桿件連接，第二平衡桿件的兩端分別與第五氣動肌肉的第二端和第六氣動肌肉的第二端連接，第五氣動肌肉和第六氣動肌肉能夠帶動第二平衡桿件繞第一平衡桿件旋轉(zhuǎn)，第一平衡桿件與第三連接軸相垂直；機械手與第二平衡桿件連接，六根氣動肌肉的第一端均與外支撐的第二端鉸接。
2.如權(quán)利要求1所述的一種拮抗作用下三自由度氣動肌肉機械臂裝置，其特征在于，每根氣動肌肉均通過連接桿和鉸接支座與外支撐的第二端鉸接，且每根氣動肌肉的第一端均能在其鉸接處做相互垂直的兩個方向的轉(zhuǎn)動。
3.如權(quán)利要求1所述的一種拮抗作用下三自由度氣動肌肉機械臂裝置，其特征在于，第三氣動肌肉和第四氣動肌肉的第二端均通過鉸接頭與第一平衡桿件的兩端鉸接；第五氣動肌肉和第六氣動肌肉的第二端均通過鉸接頭與第二平衡桿件鉸接。
4.如權(quán)利要求3所述的一種拮抗作用下三自由度氣動肌肉機械臂裝置，其特征在于，鉸接頭包括第一連接件和第三連接件，第三連接件的一端與氣動肌肉的第二端連接，另一端與第一連接件的第一端連接，并能繞第一方向轉(zhuǎn)動，第一連接件的第二端與第一平衡桿件或第二平衡桿件連接，并能繞第二方向轉(zhuǎn)動，第一方向與...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：楊桐，樊昌達，孫寧，吳慶祥，方勇純，
申請(專利權(quán))人：南開大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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