[发明专利]一种带位置/力双向反馈的主从式人工肌肉关节系统

说明书

本发明公开了一种带位置/力双向反馈的主从式人工肌肉关节系统，其包括采用气动人工肌肉驱动的主关节系统以及采用水压人工肌肉驱动的从关节系统；且所述主关节系统的位置电压信号能够反馈到从关节系统的输入端以使得从关节系统跟踪所述位置电压信号进行相应的位置转角动作，同时所述从关节系统的力矩电压信号能够反馈到主关节系统的输入端以使得主关节系统跟踪所述力矩电压信号进行动作。本发明工作时能够与海水环境兼容，环保无污染，主从控制可实现水压机械臂跟随操作者手臂同步运动，操作简单；同时能够将从动水压人工肌肉关节的受力反馈给主动气动人工肌肉关节，使操作人员对人工肌肉关节的受力有直观感受。

技术领域

本发明涉及主从遥控机器臂、特种作业机械手以及深海作业装备等领域，具体的说是涉及一种应用于深海环境中主从式遥控作业机械手。

背景技术

在深海进行作业时，潜水员受到潜水深度的限制，要完成在大深度水下作业，一般需要采用远程遥控水下机器人(ROV)完成任务。现阶段ROV搭载的水下机械臂为油压驱动，其存在海水向内渗漏使其易受水下环境污染，严重影响其使用寿命，油液向外渗漏则污染海洋环境，自身笨重且需要油箱和压力补偿装置，不利于实现轻型化和小型化等弊端。另外，还需要操作者通过遥控器的操纵杆对机械臂进行控制。采用这种操作方式控制多自由度机械臂时，存在诸多不便，如控制多自由度机械臂对操纵杆的结构和操作人员的技术要求极高；另外，当机械手抓住目标物后，操作者并没有相对应的受力感受，也会影响操作者的控制精度。

发明内容

鉴于已有技术存在的缺陷，本发明的目的是要提供一种带位置/力双向反馈的主从式人工肌肉关节系统，该系统工作时能够与海水环境兼容，环保无污染，主从控制可实现水压机械臂跟随操作者手臂同步运动，操作简单；同时能够将从动水压人工肌肉关节的受力反馈给主动气动人工肌肉关节，使操作人员对人工肌肉关节的受力有直观感受。

为了实现上述目的，本发明的技术方案：

一种带位置/力双向反馈的主从式人工肌肉关节系统，其特征在于：

包括采用气动人工肌肉驱动的主关节系统以及采用水压人工肌肉驱动的从关节系统；且所述主关节系统的位置电压信号能够反馈到从关节系统的输入端以使得从关节系统跟踪所述位置电压信号进行相应的位置转角动作，同时所述从关节系统的力矩电压信号能够反馈到主关节系统的输入端以使得主关节系统跟踪所述力矩电压信号进行动作。

基于上述方案，进一步的优选例，

所述主关节系统包括第一气动人工肌肉、第二气动人工肌肉、第一减压阀、第二减压阀、第一气动人工肌肉拉力传感器、第二气动人工肌肉拉力传感器、气压源、气动人工肌肉初始电压控制器、气动人工肌肉PID控制器、气动人工肌肉机械关节的关节轮、气动人工肌肉传动丝、反馈气动人工肌肉比较器、第一气动人工肌肉偏置电压比较器、第二气动人工肌肉偏置电压比较器、气动人工肌肉拉力比较器、气动人工肌肉机架以及气动人工肌肉关节支撑杆；其中，所述第一气动人工肌肉拉力传感器用以检测第一气动人工肌肉的拉力值；所述第二气动人工肌肉拉力传感器用以检测第二气动人工肌肉的拉力值；所述反馈气动人工肌肉比较器用以比较气动人工肌肉关节系统所对应的力矩电压信号与水压人工肌肉关节系统反馈的力矩电压信号的差值并将所获得的差值输入至所述气动人工肌肉PID控制器；其中，气动人工肌肉关节系统所对应的力矩电压信号通过第一气动人工肌肉的力矩电压信号减去第二气动人工肌肉的力矩电压信号得到，所述第一气动人工肌肉的力矩电压信号是通过第一气动人工肌肉的拉力值乘以气动人工肌肉机械关节的关节轮半径得到，所述第二气动人工肌肉的力矩电压信号是通过第二气动人工肌肉的拉力值乘以气动人工肌肉机械关节的关节轮半径得到；所述第二气动人工肌肉偏置电压比较器用以计算气动人工肌肉PID控制器输出的电压信号与气动人工肌肉初始电压控制器输出的电压信号之和并将计算结果输入至第一减压阀；所述第一气动人工肌肉偏置电压比较器用以计算气动人工肌肉PID控制器输出的电压信号与气动人工肌肉初始电压控制器输出的电压信号之差并将计算结果输入至第二减压阀。

基于上述方案，进一步的优选例，