[发明专利]一种气动软体手控制系统及其控制方法

说明书

本发明涉及一种气动软体手控制系统及控制方法，包括控制器、功率放大器、运算放大器、气压传感器、弯曲传感器以及上位机，其中，气压传感器设于与气动软体手内腔相通处，其信号线接至控制器的输入端；弯曲传感器贴覆于气动软体手弯曲部位内侧，其信号线经运算放大器接至控制器的输入端；控制器与上位机进行双向通讯连接，控制器根据上位机的控制指令输出PWM信号经功率放大器送至气动部件，驱动气动软体手动作。本发明气动软体手控制系统能够实现对抓取球形物体尺寸判断，并且能够对物体实现自适应稳定抓取，填补了气动软体手控制系统领域的空白。

技术领域

本发明涉及一种气动软体手，具体为一种气动软体手控制系统及其控制方法。

背景技术

气动软体手是由具有柔软、可延展、不可压缩的硅橡胶类材料制备而成。这类气动软体手具有高柔顺性、无穷自由度。与传统的刚性机械手相比，由柔性材料制备而成的气动软体手在与外部物体接触时，具有被动适应性，更高的灵活性，尤其适合于非结构环境需求，有利于增加人机合作安全性，受到全世界研究学者和研究机构的广泛青睐。

在气动软体手的应用领域，缺乏合适的柔性传感器表征其运动过程中的抓取力与抓取位置，而且，现在大多数的气动软体手控制系统都为开环系统，无法实现闭环反馈功能，使其应用领域受到了限制。

发明内容

针对现有技术中气动软体手为开环系统、无法实现闭环反馈功能等不足，本发明要解决的问题是提供一种能够实现对抓取球形物体尺寸判断、并且能够对物体实现自适应稳定抓取的气动软体手控制系统及其控制方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

本发明一种气动软体手控制系统，包括控制器、功率放大器、运算放大器、气压传感器、弯曲传感器以及上位机，其中，气压传感器设于与气动软体手内腔相通处，其信号线接至控制器的输入端；弯曲传感器贴覆于气动软体手弯曲部位内侧，其信号线经运算放大器接至控制器的输入端；控制器与上位机进行双向通讯连接，控制器根据上位机的控制指令输出PWM信号经功率放大器送至气动部件，驱动气动软体手动作。

气动软体手具有3～5指。

弯曲传感器贴覆于气动软体手的一个手指弯曲部位内侧，与手指相对位置保持不变。

手指内侧附有防止手指产生径向膨胀的不可收缩纤维层。

本发明一种气动软体手控制方法，包括：上位机控制程序和气动软体手控制程序，上位机控制程序包括弯曲-压力检测子程序和弯曲-直径检测子程序，其中弯曲-直径检测子程序控制过程如下：

上位机发送指令，控制器接收上述指令并产生PWM信号，驱动气动软体手弯曲变形；

判断驱动气动软体手内腔压力是否达到期望值；

如果没有达到期望值，则气动软体手继续产生弯曲运动；

通过弯曲-压力关系模块计算预测弯曲值；

当预测弯曲值大于实测弯曲值时，气动软体手停止运动，记录弯曲值；

通过弯曲-直径关系模块计算得到物体直径，并在上位机显示；

气动软体手复位到初始状态，一次弯曲-直径检测过程结束。

当预测弯曲值大于实测弯曲值，则转至上位机发送指令，控制器接收上述指令并产生PWM信号，驱动气动软体手弯曲变形步骤；

或者，如果驱动气动软体手内腔压力已达到期望值，则气动软体手复位到初始状态，则转至上位机发送指令，控制器接收上述指令并产生PWM信号，驱动气动软体手弯曲变形步骤。

弯曲—压力关系模块通过MATLAB软件拟合得到，具有以下关系式