CN108214521A - 可自主均衡接触力的软体机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了可自主均衡接触力的软体机器人。该机器人系统包括力传感器1、软手指空腔2、力传感器3、软手指空腔4、固定环5、固定环6、软手指空腔7、力传感器8、软气管9、软气管10、软气管11、导线12、控制系统13、力传感器14、力传感器15、软手指空腔16、固定环17、固定环18、软手指空腔19、固定环20、力传感器21、软掌心空腔22、软气管23、软气管24、软气管25、气泵26、导线27、软体机器人指28、软体机器人指29、软体机器人指30、手部模块31、软体机器人指32、软体机器人指33。本发明软体机器人可实现对被操作对象接触力的自动均衡调节。

Description

可自主均衡接触力的软体机器人
技术领域
本发明涉及可自主均衡接触力的软体机器人，属于软体机器人领域，具体为软体操作手的结构设计。
背景技术
人手对物体直接抓持时，易因五指力不均衡导致物体破损，如豆腐及蛋糕等物体操作。同时，传统刚性操作器对物体进行夹持时，控制调节各手指接触力的方法较为复杂。而且，这种刚性结构在系统出现故障时对被操作对象有严重损伤。此外，虽然软体操作手在系统出现故障时对被操作对象一般不会有严重损伤。但软体操作手操作接触对象时，接触力存在不均衡的现状。
截至目前，尚未存在具有接触力均衡功能、系统出现故障不致使被操作对象严重损伤、调节方法简单的操作用软体机器人。
核心参考文献：Yong-Jae Kim,Yong-Jun Jeong,Hyeong-Seok Jeon,Deok-WonLee and Jong-In Kim,“Development of a soft robotic glove with high grippingforce using force distributing compliant structures,”in Intelligent Robotsand Systems(IROS),2017IEEE/RSJ International Conference on.IEEE,2017,pp.3883-3890.
发明内容
本发明提出可自主均衡接触力的软体机器人，具有该结构特征的软体机器人通过控制系统接收力传感器信号调节各个软手指空腔及软掌心空腔气压，使得被操作物体表面各位置接触力均衡，对被操作对象起到保护作用。
可自主均衡接触力的软体机器人由手部模块、控制系统以及气泵构成。手部模块包括多个力传感器、多个软手指空腔、多个软气管、多个固定环、多个软体机器人指、软掌心空腔。控制系统包括单片机、电源、导线。手部模块中的每个软手指空腔及软掌心空腔均通过软气管连接气泵，在软体机器人指位置及掌心处安装/贴附力传感器，力传感器通过导线连接控制系统。软体机器人手指背面均安装固定环。控制系统连接气泵，对气泵进行充放气控制。
控制系统通过接收各个力传感器的反馈数据控制气泵充放气，对各个软手指空腔及软掌心空腔进行气压调节，实现接触力的均衡调节。
本发明的优点在于：
(1)通过对力的监控来调节各软腔体内部气压，达到各位置接触力的均衡；
(2)自主实现气压调节；
(3)结构简单易实现；
附图说明
图1是本发明软体机器人系统组成模块；
图2是本发明软体机器人的手背结构；
其中：1-力传感器、2-软手指空腔、3-力传感器、4-软手指空腔、5-固定环、6-固定环、7-软手指空腔、8-力传感器、9-软气管、10-软气管、11-软气管、12-导线、13-控制系统、14-力传感器、15-力传感器、16-软手指空腔、17-固定环、18-固定环、19-软手指空腔、20-固定环、21-力传感器、22-软手指空腔、23-软气管、24-软气管、25-软气管、26-气泵、27-导线、28-软体机器人指、29-软体机器人指、30-软体机器人指、31-手部模块、32-软体机器人指、33-软体机器人指。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明是可自主均衡接触力的软体机器人，包括力传感器1、软手指空腔2、力传感器3、软手指空腔4、固定环5、固定环6、软手指空腔7、力传感器8、软气管9、软气管10、软气管11、导线12、控制系统13、力传感器14、力传感器15、软手指空腔16、固定环17、固定环18、软手指空腔19、固定环20、力传感器21、软掌心空腔22、软气管23、软气管24、软气管25、气泵26、导线27、软体机器人指28、软体机器人指29、软体机器人指30、手部模块31、软体机器人指32、软体机器人指33。
可自主均衡接触力的软体机器人由手部模块31、控制系统13以及气泵26构成。手部模块31包括力传感器1、力传感器3、力传感器8、力传感器14、力传感器15、力传感器21、软手指空腔2、软手指空腔4、软手指空腔7、软手指空腔16、软手指空腔19和软掌心空腔22、软气管9、软气管10、软气管11、软气管23、软气管24、软气管25、固定环5、固定环6、固定环17、固定环18、固定环20、软体机器人指28、软体机器人指29、软体机器人指30、软体机器人指32、软体机器人指33。控制系统13包括单片机、电源、导线。手部模块31中的软手指空腔2、软手指空腔4、软手指空腔7、软手指空腔16、软手指空腔19和软掌心空腔22分别通过软气管9、软气管10、软气管11、软气管23、软气管24、软气管25连接气泵26，在软体机器人指28、软体机器人指29、软体机器人指30、软体机器人指32、软体机器人指33位置及掌心处安装/贴附力传感器8、力传感器3、力传感器1、力传感器15、力传感器14、力传感器21，力传感器1、力传感器3、力传感器8、力传感器14、力传感器15、力传感器21通过导线12连接控制系统。软体机器人手指背面安装有固定环5、固定环6、固定环17、固定环18、固定环20。控制系统13通过导线27连接气泵26，对气泵26进行充放气控制。
控制系统13通过接收力传感器1、力传感器3、力传感器8、力传感器14、力传感器15、力传感器21的反馈数据控制气泵26充放气，对软手指空腔2、软手指空腔4、软手指空腔7、软手指空腔16、软手指空腔19和软掌心空腔22进行气压调节，实现接触力的均衡调节。
所述的手部模块31，表现形式可以为多个软体机器人指。
所述的手部模块31可为软体机器人配合人的手部实现对物体均衡抓持，也可是软体机器人单独进行物体均衡抓持。
所述的力传感器1、力传感器3、力传感器8、力传感器14、力传感器15、力传感器21可以贴附在柔性软材料的表面配合使用，也可以将其嵌入软体机器人指表层下配合使用。
所述的力传感器1、力传感器3、力传感器8、力传感器14、力传感器15、力传感器21可以为有源传感器，也可以为无源传感器。
所述的软气管9、软气管10、软气管11、软气管23、软气管24、软气管25可以为柔软的灵活可弯曲的材料组成，具有膨胀变形和自主复原能力。
所述的手部模块31，其手指和掌心可贴附1个或多个力传感器，供控制系统13进行多腔体气压调节。
所述的手部模块30其固定方式可以为对人的手部五指用固定环5、固定环6、固定环17、固定环18、固定环20进行手部整体固定，也可利用其他类似于魔术贴等方式将此自主均衡接触力的软体机器人与人手固定。
所述的配合人手的软体机器人指28、软体机器人指29、软体机器人指30、软体机器人指32、软体机器人指33布局可以根据需要设计成配合机械手手指大小与形状分布，以配合刚性机械手均衡抓持力。
工作过程
人的五指通过一一对应的固定环，将人的手部与整个手部模块固定。在未对物体进行抓持时候，各个软体机器人指下表面处力传感器反馈力为零，因此控制系统并未做出气泵充放气指令。软体机器人接触物体表面时候，其下表面力传感器对作用力进行反馈，控制系统对力传感器反馈的信息进行处理，可根据实际气压和抓取对象特点生成气压调节算法，进一步生成气泵充放气指令，分别对五个软体机器人指以及掌心处进行充放气，通过调节气压大小，使得五个软体机器人指以及软掌心的接触力达到一致，完成对物体以接触力均衡方式的抓持。

Claims (9)

1.可自主均衡接触力的软体机器人，其特征在于，包括力传感器1、软手指空腔2、力传感器3、软手指空腔4、固定环5、固定环6、软手指空腔7、力传感器8、软气管9、软气管10、软气管11、导线12、控制系统13、力传感器14、力传感器15、软手指空腔16、固定环17、固定环18、软手指空腔19、固定环20、力传感器21、软掌心空腔22、软气管23、软气管24、软气管25、气泵26、导线27、软体机器人指28、软体机器人指29、软体机器人指30、手部模块31、软体机器人指32、软体机器人指33。
可自主均衡接触力的软体机器人由手部模块31、控制系统13以及气泵26构成。手部模块31包括力传感器1、力传感器3、力传感器8、力传感器14、力传感器15、力传感器21、软手指空腔2、软手指空腔4、软手指空腔7、软手指空腔16、软手指空腔19和软掌心空腔22、软气管9、软气管10、软气管11、软气管23、软气管24、软气管25、固定环5、固定环6、固定环17、固定环18、固定环20、软体机器人指28、软体机器人指29、软体机器人指30、软体机器人指32、软体机器人指33。控制系统13包括单片机、电源、导线。手部模块31中的软手指空腔2、软手指空腔4、软手指空腔7、软手指空腔16、软手指空腔19和软掌心空腔22分别通过软气管9、软气管10、软气管11、软气管23、软气管24、软气管25连接气泵26，在软体机器人指28、软体机器人指29、软体机器人指30、软体机器人指32、软体机器人指33位置及掌心处安装/贴附力传感器8、力传感器3、力传感器1、力传感器15、力传感器14、力传感器21，力传感器1、力传感器3、力传感器8、力传感器14、力传感器15、力传感器21通过导线12连接控制系统。软体机器人手指背面安装有固定环5、固定环6、固定环17、固定环18、固定环20。控制系统13通过导线27连接气泵26，对气泵26进行充放气控制。
控制系统13通过接收力传感器1、力传感器3、力传感器8、力传感器14、力传感器15、力传感器21的反馈数据控制气泵26充放气，对软手指空腔2、软手指空腔4、软手指空腔7、软手指空腔16、软手指空腔19和软掌心空腔22进行气压调节，实现接触力的均衡调节。
2.根据权利要求1所述的可自主均衡接触力的软体机器人，其特征在于，所述的手部模块31，表现形式可以为多个软体机器人指。
3.根据权利要求1所述的可自主均衡接触力的软体机器人，其特征在于，所述的手部模块31可为软体机器人配合人的手部实现对物体均衡抓持，也可是软体机器人单独进行物体均衡抓持。
4.根据权利要求1所述的可自主均衡接触力的软体机器人，其特征在于，所述的力传感器1、力传感器3、力传感器8、力传感器14、力传感器15、力传感器21可以贴附在柔性软材料的表面配合使用，也可以将其嵌入软体机器人指表层下配合使用。
5.根据权利要求1所述的可自主均衡接触力的软体机器人，其特征在于，所述的力传感器1、力传感器3、力传感器8、力传感器14、力传感器15、力传感器21可以为有源传感器，也可以为无源传感器。
6.根据权利要求1所述的可自主均衡接触力的软体机器人，其特征在于，所述的软气管9、软气管10、软气管11、软气管23、软气管24、软气管25可以为柔软的灵活可弯曲的材料组成，具有膨胀变形和自主复原能力。
7.根据权利要求1所述的物体均衡抓持，其特征在于，所述的手部模块31，其手指和掌心可贴附1个或多个力传感器，供控制系统13进行多腔体气压调节。
8.根据权利要求1所述的可自主均衡接触力的软体机器人，其特征在于，所述的手部模块30其固定方式可以为对人的手部五指用固定环5、固定环6、固定环17、固定环18、固定环20进行手部整体固定，也可利用其他类似于魔术贴等方式将此自主均衡接触力的软体机器人与人手固定。
9.根据权利要求1所述的可自主均衡接触力的软体机器人，其特征在于，所述的配合人手的软体机器人指28、软体机器人指29、软体机器人指30、软体机器人指32、软体机器人指33布局可以根据需要设计成配合机械手手指大小与形状分布，以配合刚性机械手均衡抓持力。
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