[发明专利]一种柔性机械臂及基于中枢模式发生器的控制方法

说明书

本公开涉及一种柔性机械臂及基于中枢模式发生器的控制方法，包括沿设定方向依次连接的多个柔性模块，每个柔性模块包括一个弹性外壳，弹性外壳的内腔中填充有工作媒介，每个柔性模块的体积不变，所述弹性外壳包括两个横面，多个柔性模块的延伸方向穿过所述横面，两个横面之间通过纵面连接以形成封闭的弹性外壳；相互耦合的多个中枢模式发生器，所述中枢模式发生器能够单独控制每个柔性模块沿设定方向发生弹性形变，并使得横面与纵面的面积成反比例变化，进而使得柔性机械臂的整体沿设定轨迹运动。

技术领域

本公开属于机械臂技术领域，具体涉及一种柔性机械臂及基于中枢模式发生器的控制方法。

背景技术

机器人技术是集生物力学、机械学、机械力学、材料学、人工智能和数学分析等诸多学科为一体的交叉研究领域，它广泛用于工业生产等领域，其中机械臂的控制方法是研究的热点。运动是动物维系个体生存的基本功能之一，其中之一就是节律运动。产生节律运动的神经环路被称为中枢模式发生器，中枢模式发生器是一种不需要传感器反馈就能产生节律模式输出的神经网络。中枢模式发生器一般具有两个功能，一是产生基本节律信号，另外一个功能是在多个运动神经元基础上构成和协调运动模式。

发明人了解到，中枢模式发生器所具有的特性，使其可以应用于多自由度的机器人，中枢模式发生器已经成功应用于双足、四足、六足、八足、可重构机器人、爬行机器人、游泳机器人和飞行机器人等。

但未将中枢模式发生器应用于柔性机械臂，实现机械臂的自主运动。

发明内容

本公开的目的是提供一种柔性机械臂及基于中枢模式发生器的控制方法，能够利用中枢模式发生器实现机械臂的运动调节。

为实现上述目的，本公开的第一方面提供一种柔性机械臂，包括沿设定方向依次连接的多个柔性模块，还包括相互耦合的多个中枢模式发生器。

每个柔性模块包括一个弹性外壳，弹性外壳的内腔中填充有工作媒介，每个柔性模块的体积不变，所述弹性外壳包括两个横面，多个柔性模块的延伸方向穿过所述横面，两个横面之间通过纵面连接以形成封闭的弹性外壳；

所述中枢模式发生器能够单独控制每个柔性模块沿设定方向发生弹性形变，并使得横面与纵面的面积成反比例变化，进而使得柔性机械臂的整体沿设定轨迹运动。

本公开的第二方面提供一种基于中枢模式发生器的机械臂控制方法，用于实现所述的柔性机械臂的控制，包括以下步骤，

根据机械臂所受的内力与外力，建立机械臂的运动方程；

以三个中枢模式发生器相互耦合为条件，建立中枢模式发生器的控制模型；

利用中枢模式发生器的控制模型来控制机械臂中横面以及相应纵面的运动，进而控制机械臂的运动。

以上一个或多个技术方案的有益效果：

传统机械臂的控制方式受系统模型的阶数、结构和参数所限制，随着环境的变化来设计具体的控制模型实现不同的控制功能；而中枢模式发生器是一种自制的振荡器，通过多个中枢模式发生器耦合实现对机械臂的控制，具有自组织和自适应性，可以适用于复杂的工作环境。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。

图1是本公开实施例1中整体结构主视图；

图2是图1中A部分结构的节点放大图；

图3是本公开实施例2中核心算法控制模型示意图；

图4是本公开实施例2中机器臂的内部力仿真图；

图5是本公开实施例2中不同时间点的机器臂拿取运动的仿真图；