[发明专利]一种基于刚度增强型气动软网格驱动器的开环控制系统及其运行方法

说明书

本发明提供一种基于刚度增强型气动软网格驱动器的开环控制系统，利用不同部分的刚度不同实现弯曲变形，其主要结构分为顶部可扩展层和底部限制层两部分。网格型弯曲驱动器的原理为气动网格型驱动器由顶部的可扩展层和由不可拉伸材料组成的底部限制层构成，在通入压缩气体后，腔室内壁优先膨胀，而相邻腔室之间的间隙很小导致内壁之间相互挤压，从而使可扩展层优先伸长，底部由于不可拉伸材料的限制无法伸长，因此整个驱动器产生弯曲变形。该弯曲型驱动器主体为硅胶材料，为提升其负载性能，在各腔室之间嵌入相同材料的肋板，使其在满足弯曲性能的同时提升了负载能力。

技术领域

本发明涉及软体机器人技术领域，具体而言，尤其涉及一种基于刚度增强型气动软网格驱动器的开环控制系统及其运行方法。

背景技术

机械手作为传统工业机器人的末端执行器，能够辅助机器人完成对目标的抓取、移动和装配等操作。传统刚性机械手通过运动副连接构成，虽然它的运动精度高，但是机械手的工作空间由运动副的运动组合而成，因此工作空间十分有限，而且刚性机械手环境适应性差，无法在工作环境恶劣或狭小的环境下工作，也无法抓取易碎物体。为了开发出适应复杂工作环境和完成某些特定任务的机器人，国内外研究学者提出了软体机器人的概念。

软体机器人作为一种具有柔性变形特性的新型机器人，已成为近年来最热门的研究领域之一，在救援探测、医疗设备、智能制造等领域均有广泛地应用前景。软体机器人主要是由柔性材料本体和具有运动变形功能的软体驱动器组成。目前常见的软体驱动器主要分为纤维增强型、气动网格型、气室型三大类。气动网格型驱动器是在驱动器内部设计一系列的通道和腔室，底部设有不可拉伸的应变限制层，当向腔室内充入压缩气体时，各腔室顶部发生膨胀变形产生运动，底部不产生应变，因此产生弯曲变形。网格型驱动器的弯曲能力强，因此它的负载性能较差，在面向机械手的应用时，只能抓取一些较轻的物体，无法满足负载较大时的抓取任务。目前在现有网格型驱动器中，大多以硅胶铸造而成，材料柔软但负载能力差，有的通过嵌入纤维增强其刚度，但这种方法适用于单腔结构。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种基于刚度增强型气动软网格驱动器的开环控制系统。本发明基于网格型驱动器设计了一种刚度增强型气动软网格驱动器，在驱动器的各腔室之间嵌入了相同材料的肋板，提升了驱动器整体的刚度，同时在满足弯曲性能的前提下增强了驱动器的负载性能。

本发明采用的技术手段如下：

一种基于刚度增强型气动软网格驱动器的开环控制系统，包括：空气压缩机、开关阀、空气过滤器、精密减压阀、电气比例阀、调速阀、控制系统、刚度增强型气动软网格驱动器，其中：

所述空气压缩机连接开关阀的一端连接，用于控制压缩气体的通断；

所述开关阀的另一端连接空气过滤器的一端，用于除去空气中的灰尘和杂质，过滤压缩空气；

所述空气过滤器的另一端连接精密减压阀，用于稳定并调节进入电气比例阀的气体压力的大小；

所述电气比例阀的一端与压力传感器连接并一同连接至控制系统，用于控制电气比例阀的阀口开口大小；

所述电气比例阀的另一端连接调速阀的一端，用于调节进入网格型驱动器的气体流量大小；

所述调速阀的另一端连接刚度增强型气动软网格驱动器的充气端口，用于向驱动器中充入压缩气体产生弯曲动作。

进一步地，所述刚度增强型气动软网格驱动器包括可扩展层、底部限制层和肋板，可扩展层和底部限制层之间以硅胶粘结剂的方式相连，肋板连接各个腔室，通过限制底部的伸长而实现弯曲变形。

进一步地，所述刚度增强型气动软网格驱动器的模具由3D打印制作，材料为聚乳酸，所述可扩展层和肋板均由硅胶材料制成。

进一步地，所述底部限制层使在硅胶体中嵌入了尼龙网布，通过限制底部的轴向伸长来实现驱动器的弯曲变形。