CN109048896A - 一种用于软体机器人的气动控制系统 - Google Patents

一种用于软体机器人的气动控制系统 Download PDF

Info

Publication number
CN109048896A
CN109048896A CN201810908375.6A CN201810908375A CN109048896A CN 109048896 A CN109048896 A CN 109048896A CN 201810908375 A CN201810908375 A CN 201810908375A CN 109048896 A CN109048896 A CN 109048896A
Authority
CN
China
Prior art keywords
module
finger
control
chip microcontroller
valve
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201810908375.6A
Other languages
English (en)
Inventor
程广贵
杨羽
丁建宁
罗召俊
张忠强
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jiangsu University
Original Assignee
Jiangsu University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jiangsu University filed Critical Jiangsu University
Priority to CN201810908375.6A priority Critical patent/CN109048896A/zh
Publication of CN109048896A publication Critical patent/CN109048896A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1602—Programme controls characterised by the control system, structure, architecture
    • B25J9/161—Hardware, e.g. neural networks, fuzzy logic, interfaces, processor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1679—Programme controls characterised by the tasks executed

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Fuzzy Systems (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Prostheses (AREA)

Abstract

本发明涉及机器人领域，具体是一种实现软体机器人运动的气动控制系统。本发明根据特定软体机器人工作时的顺序动作特点，设计了一个基于蓝牙串口通信的可实时控制的气动控制系统。系统由两大部分构成，分别是主机模块和从机模块。主机模块的任务是通过数据手套采集数据，并通过蓝牙主模块将数据传给从机模块；从机模块的任务是处理接收的数据后控制软体手指完成对应动作。本发明的控制方式简单高效，不需要复杂的反馈控制，仅通过人手穿戴数据手套，使得人手与软体手指实现实时控制，人手可控制软体手指抓握力量的大小，使得软体手指运动简洁高效。

Description

一种用于软体机器人的气动控制系统
技术领域
本发明涉及机器人领域，具体是一种实现软体机器人运动的气动控制系统。
背景技术
随着时代的发展与科技的进步，传统的不可变刚度的机器人已经不能满足人们的需求，软体机器人的凭借其特殊的材料和工艺，安全的人机交互，对可穿戴设备的适应性以及在外形、重量、用途等方面与传统机器人相比有着很大的优势，目前已在生物医学领域，人工智能领域及仿生学等方面有着广泛的研究。软体机器人技术在运用于残障人士义肢的研制，以及康复医疗器械的研发方面也取得了一定的成果。特别是将软体机器人用于帮助残障人士恢复生活自理能力方面受到了广泛的关注，而软体机器人的控制系统，才是真正能够发挥软体机器人优势是重中之重，高效而简洁的软体机器人做出符合预期的控制，才能使得软体机器人有更好的运用。
申请号为201710147070.3的中国专利申请公开了一种机械手控制系统，其包括：传感器、中央处理模块、电机、电机驱动单元、手指模式切换开关以及电源，传感器的感应端连接在人体肢体上，用于检测人体肢体部位在进行手指运动时所产生的肌肉电信号。此专利采集肌肉电信号来控制机械手具有创新点，但是肌肉电信号只能控制整体的手指运动，而不能单独控制单个手指运动；申请号为201710378315.3的中国专利申请提供一种气动软体手指、软体手指控制系统及控制方法，该软体手指包括设有驱动气腔的驱动部分和设有感知气腔的感知部分，驱动部分和感知部分采用形状沉积技术一体化制造，实现了驱动与感知的高度集成。该发明的控制方法通过检测感知气腔气压，从而对手指弯曲曲率及接触力进行测量，实现对手指接触力的闭环控制，为完成多手指配合抓取奠定基础。此专利的结构复杂，可对软体手指的弯曲的各项数据进行测量，但是不能实现人手对于软体手指的实时控制，仅可通过系统数据反馈来调节手指抓握力量的大小，可控范围较小，可控方式较少。
发明内容
本发明根据特定软体机器人工作时的顺序动作特点，设计了一个基于蓝牙串口通信的可实时控制的气动控制系统。系统由两大部分构成，分别是主机模块和从机模块。
主机模块如图1所示，由一个蓝牙主模块、AD转换模块、一个单片机、集成有弯曲传感器的数据手套以及5v电源构成。将弯曲传感器缝制在手套表面得到集成有弯曲传感器的数据手套。集成有弯曲传感器的数据手套与AD转换模块通过导线连接，AD转换模块与单片机通过导线连接，单片机与蓝牙主模块通过导线连接。集成有弯曲传感器的数据手套、AD转换模块、单片机与蓝牙主模块均由5V电源供电。
从机模块由一个蓝牙从模块、一个单片机、12V电源、5V电源、电磁继电器、二位三通电磁换向阀、软体手指，单向电磁阀、气泵和减压阀构成。从机模块中5V电源为蓝牙从模块、单片机和电磁继电器供电；12V电源为二位三通电磁换向阀、单向电磁阀和气泵供电；蓝牙从模块与单片机通过导线连接，单片机与电磁继电器通过导线连接；电磁继电器分别与二位三通电磁换向阀、单向电磁阀通过导线连接，气泵与减压阀通过气动管道连接，减压阀与二位三通电磁换向阀通过气动管道连接，二位三通电磁换向阀与软体手指通过气动管道连接，软体手指与单向电磁阀通过气动管道连接，如图2所示。
主机模块的任务是通过数据手套采集数据，并通过蓝牙主模块将数据传给从机模块；从机模块的任务是处理接收的数据后控制软体手指完成对应动作。本发明软体手指为自行制备，制备方法参见申请号为201810058742.8的中国专利申请。
本发明除了控制方式简洁高效，人手与软体手指可实现实时控制的一大优点外，使用蓝牙通讯模块实现的无线传输同样是另一大优点，无线传输实现了软体手指与控制部分的物理隔离，将可控范围扩大到半径10米的区域而不用担心控制线路对于控制范围的局限性，同时本发明的另一大优点是可扩展为通过互联网实现人手对于软体手指的远程控制，可以使朋友和家人通过网络与他们的亲人或者爱人牵手，从而可以让人们在通过网络与对方说话的同时体验彼此身体相接触的真实感觉，感受到远隔千里的亲人通过肢体语言表达的情感。
本发明的控制方式简单高效，不需要复杂的反馈控制，仅通过人手穿戴数据手套，使得人手与软体手指实现实时控制，人手可控制软体手指抓握力量的大小，使得软体手指运动简洁高效。
附图说明
图1为主机模块的控制系统结构示意图；
图2为从机模块的控制系统结构示意图；
图3软体手指的实物图；
图4软体手指内部结构示意图；
图5软体手指外部结构；
图中：1、气管；2、第二关节腔体结构；3、第一关节腔体结构；4、硅胶填充物；5、第二关节外部结构；6第一关节外部结构。
具体实施方式
本专利的主机模块如图1所示，通过手指带动弯曲传感器的运动，使得传感器阻值发生变化，从而影响传感器输入电压，并通过AD转换模块将模拟电压信号转化为数字信号送入主机模块的单片机处理后将采集到的数字信号通过串口经蓝牙主模块传给从机模块，从机模块的蓝牙从模块接收到主机模块发送的AD转换数值后，从机模块的单片机将一系列数值先储存到其内部存储器中，然后启动数据处理判断弯曲传感器的实时弯曲或伸直。当弯曲状态变化范围超过算法控制的阀值，单片机在特定I/O口输出低电平；当伸直状态变化范围超过算法控制的阀值，单片机在特定I/O口输出低电平。由不同的I/O口输出的信号驱动电磁继电器工作；使用电磁继电器的常开触点，当电磁继电器线圈断电时，电磁阀处在断电状况；当电磁继电器线圈通电时，电磁阀处于通电状态。以一根手指的控制回路为例，当从机模块的单片机发出弯曲信号时，控制二位三通电磁阀工作的电磁继电器(如图2所示)线圈吸合，二位三通电磁换向阀通电换向，可充气手指处于充气状态，单向电磁阀处在断电状态，即单向电磁阀阀口封闭状况；当单片机发出停止信号时，电磁继电器线圈释放，二位三通电磁换向阀和单向电磁阀处于断电状态，充气手指处于保持状态，保持当前气压值，而气泵输送的压缩空气处于排出系统的状况；当从机模块单片机发出伸直信号时，控制单向电磁阀工作的电磁继电器(如图2所示)线圈吸合，单向电磁阀通电，阀口打开，可充气手指处于泄气状态，二位三通电磁换向阀处于断电状态，将气泵输送的压缩空气排出系统。
实施例一
本实施例为使用五个弯曲传感器分别采集大拇指、食指、中指、无名指、小指的运动数据控制。本实施例建立了五个独立的手指控制回路，即五个传感器输出信号各自输入主机模块的单片机，然后通过蓝牙主模块将五个信号分别传给从机模块，从机模块再根据五个不同的信号控制各自对应的软体手指的运动。每个手指回路的控制方式与上述一个手指的控制回路所描述的控制方式一致，每个手指的信号传输与处理通过编程实现了互不干扰。人手穿戴上数据手套后，可实现控制五个手指的单独弯曲伸直运动、五个手指的整体弯曲伸直运动、部分手指的弯曲伸直运动，可实现与人握手，抓握物品，做出任意的手势等动作。
软体手指采用硅橡胶Ecoflex 00-20与聚二甲基硅氧烷(PDMS)以质量比3:1混合的复合材料制成，如图3所示。如图4所示为软体手指内部结构示意图，软体手指具有特殊的腔体结构，同时如图5所示，软体手指第一和第二关节外部都缠绕有细尼龙线，以控制充气弯曲时关节的变形方向，软体手指的制作方法参照申请号为201810058742.8的中国专利申请的制作方法。当系统发出弯曲信号时，气体进入软体手指的腔体结构，受制于手指内部特殊腔体结构和关节外部的变形方向的控制，软体手指向一个方向弯曲运动，实现了软体手指的弯曲和伸直动作。

Claims (4)

1.一种用于软体机器人的气动控制系统，其特征在于，所述气动控制系统由主机模块和从机模块；
主机模块由一个蓝牙主模块、AD转换模块、一个单片机、集成有弯曲传感器的数据手套以及5v电源构成；集成有弯曲传感器的数据手套与AD转换模块通过导线连接，AD转换模块与单片机通过导线连接，单片机与蓝牙主模块通过导线连接；集成有弯曲传感器的数据手套、AD转换模块、单片机与蓝牙主模块均由5V电源供电；
从机模块由一个蓝牙从模块、一个单片机、12V电源、5V电源、电磁继电器、二位三通电磁换向阀、软体手指，单向电磁阀、气泵和减压阀构成；从机模块中5V电源为蓝牙从模块、单片机和电磁继电器供电；12V电源为二位三通电磁换向阀、单向电磁阀和气泵供电；蓝牙从模块与单片机通过导线连接，单片机与电磁继电器通过导线连接；电磁继电器分别与二位三通电磁换向阀、单向电磁阀通过导线连接，气泵与减压阀通过气动管道连接，减压阀与二位三通电磁换向阀通过气动管道连接，二位三通电磁换向阀与软体手指通过气动管道连接，软体手指与单向电磁阀通过气动管道连接；
主机模块通过数据手套采集数据，并通过蓝牙主模块将数据传给从机模块；从机模块处理接收的数据后控制软体手指完成对应动作。
2.如权利要求1所述的一种用于软体机器人的气动控制系统，其特征在于，通过手指带动弯曲传感器的运动，使得传感器阻值发生变化，从而影响传感器输入电压，并通过AD转换模块将模拟电压信号转化为数字信号送入主机模块的单片机处理后将采集到的数字信号通过串口经蓝牙主模块传给从机模块，从机模块的蓝牙从模块接收到主机模块发送的AD转换数值后，从机模块的单片机将一系列数值先储存到其内部存储器中，然后启动数据处理判断弯曲传感器的实时弯曲或伸直；当弯曲状态变化范围超过算法控制的阀值，单片机在特定I/O口输出低电平；当伸直状态变化范围超过算法控制的阀值，单片机在特定I/O口输出低电平，由不同的I/O口输出的信号驱动电磁继电器工作；使用电磁继电器的常开触点，当电磁继电器线圈断电时，电磁阀处在断电状况；当电磁继电器线圈通电时，电磁阀处于通电状态。
3.如权利要求1所述的一种用于软体机器人的气动控制系统，其特征在于，使用五个弯曲传感器分别采集大拇指、食指、中指、无名指、小指的运动数据控制；即五个传感器输出信号各自输入主机模块的单片机，然后通过蓝牙主模块将五个信号分别传给从机模块，从机模块再根据五个不同的信号控制各自对应的软体手指的运动；每个手指回路的控制方式一致，每个手指的信号传输与处理通过编程实现了互不干扰；当从机模块的单片机发出弯曲信号时，控制二位三通电磁阀工作的电磁继电器线圈吸合，二位三通电磁换向阀通电换向，可充气手指处于充气状态，单向电磁阀处在断电状态，即单向电磁阀阀口封闭状况；当单片机发出停止信号时，电磁继电器线圈释放，二位三通电磁换向阀和单向电磁阀处于断电状态，充气手指处于保持状态，保持当前气压值，而气泵输送的压缩空气处于排出系统的状况；当从机模块单片机发出伸直信号时，控制单向电磁阀工作的电磁继电器线圈吸合，单向电磁阀通电，阀口打开，可充气手指处于泄气状态，二位三通电磁换向阀处于断电状态，将气泵输送的压缩空气排出系统。
4.如权利要求1所述的一种用于软体机器人的气动控制系统，其特征在于，将弯曲传感器缝制在手套表面得到集成有弯曲传感器的数据手套。
CN201810908375.6A 2018-08-10 2018-08-10 一种用于软体机器人的气动控制系统 Pending CN109048896A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810908375.6A CN109048896A (zh) 2018-08-10 2018-08-10 一种用于软体机器人的气动控制系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810908375.6A CN109048896A (zh) 2018-08-10 2018-08-10 一种用于软体机器人的气动控制系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109048896A true CN109048896A (zh) 2018-12-21

Family

ID=64683503

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810908375.6A Pending CN109048896A (zh) 2018-08-10 2018-08-10 一种用于软体机器人的气动控制系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109048896A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109746933A (zh) * 2019-01-14 2019-05-14 燕山大学 一种无系留软体末端执行器
CN110842907A (zh) * 2019-12-16 2020-02-28 大连理工大学 一种气动力软体驱动器控制平台及控制方法
CN111230920A (zh) * 2020-01-19 2020-06-05 广州大学 一种气动软体夹持装置
CN113146662A (zh) * 2021-03-03 2021-07-23 南方科技大学 一种夹爪指节的驱动控制方法及多自由度抓取装置

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE68909249D1 (de) * 1989-06-21 1993-10-21 Audun Haugs Anordnung für eine hydraulisch oder pneumatisch betriebene greif- oder haltevorrichtung.
CN102579228A (zh) * 2012-03-22 2012-07-18 上海交通大学医学院附属上海儿童医学中心 一种气动式手部功能康复手套
CN204868848U (zh) * 2015-08-10 2015-12-16 谢亮 基于同步控制的智能手套和仿生机械手
CN105328700A (zh) * 2015-11-12 2016-02-17 东北大学 一种机器人灵巧手示教编程的数据手套
CN105919772A (zh) * 2016-04-12 2016-09-07 哈尔滨易奥秘科技发展有限公司 一种可穿戴的手部康复训练装置
CN107280915A (zh) * 2017-07-14 2017-10-24 中国科学院自动化研究所 软体气驱的手部康复装置
CN108309687A (zh) * 2018-01-22 2018-07-24 重庆大学 一种康复机器人的闭环控制系统
CN207663394U (zh) * 2017-12-18 2018-07-27 兰州交通大学 基于数据手套的皮影动画互动装置

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE68909249D1 (de) * 1989-06-21 1993-10-21 Audun Haugs Anordnung für eine hydraulisch oder pneumatisch betriebene greif- oder haltevorrichtung.
CN102579228A (zh) * 2012-03-22 2012-07-18 上海交通大学医学院附属上海儿童医学中心 一种气动式手部功能康复手套
CN204868848U (zh) * 2015-08-10 2015-12-16 谢亮 基于同步控制的智能手套和仿生机械手
CN105328700A (zh) * 2015-11-12 2016-02-17 东北大学 一种机器人灵巧手示教编程的数据手套
CN105919772A (zh) * 2016-04-12 2016-09-07 哈尔滨易奥秘科技发展有限公司 一种可穿戴的手部康复训练装置
CN107280915A (zh) * 2017-07-14 2017-10-24 中国科学院自动化研究所 软体气驱的手部康复装置
CN207663394U (zh) * 2017-12-18 2018-07-27 兰州交通大学 基于数据手套的皮影动画互动装置
CN108309687A (zh) * 2018-01-22 2018-07-24 重庆大学 一种康复机器人的闭环控制系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
梅荣娣: "《液压与气压传动控制技术》", 31 August 2017, 北京理工大学出版社 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109746933A (zh) * 2019-01-14 2019-05-14 燕山大学 一种无系留软体末端执行器
CN110842907A (zh) * 2019-12-16 2020-02-28 大连理工大学 一种气动力软体驱动器控制平台及控制方法
CN111230920A (zh) * 2020-01-19 2020-06-05 广州大学 一种气动软体夹持装置
CN111230920B (zh) * 2020-01-19 2021-10-26 广州大学 一种气动软体夹持装置
CN113146662A (zh) * 2021-03-03 2021-07-23 南方科技大学 一种夹爪指节的驱动控制方法及多自由度抓取装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109048896A (zh) 一种用于软体机器人的气动控制系统
CN205698423U (zh) 一种可穿戴的手部康复训练装置
CN105919772B (zh) 一种可穿戴的手部康复训练装置
CN108542718B (zh) 一种基于负压旋转气动人工肌肉的可穿戴柔性下肢外骨骼
CN106249884B (zh) 一种气压驱动的力反馈和触觉反馈装置
CN108578173A (zh) 一种柔性上肢助力外骨骼
CN105690386B (zh) 一种机械手臂遥操作系统及遥操作方法
CN104881118B (zh) 一种用于捕获人体上肢运动信息的穿戴系统
CN107280915B (zh) 软体气驱的手部康复装置
CN104015197A (zh) 波纹型双内腔气驱动柔性微型手指、控制方法及抓取系统
CN106963524B (zh) 三d打印肌电仿生假肢手臂
CN105328700A (zh) 一种机器人灵巧手示教编程的数据手套
KR101929347B1 (ko) 손 재활을 위한 악력 측정 장치
CN109582121A (zh) 手套、反馈装置及方法、遥控系统、方法及装置、介质
WO2019242316A1 (zh) 训练仪
Wang et al. Design and development of a glove for post-stroke hand rehabilitation
CN106976100A (zh) 具有位姿反馈功能的仿生软体多指灵巧手
GB2527136A (en) Prosthetic hand for human interaction through haptic feedback
CN201822938U (zh) 一种手假肢
CN110151491A (zh) 一种手指辅助锻炼装置以及辅助锻炼方法
CN220125454U (zh) 一种结合虚拟现实的主动式手功能康复训练器具
Wang et al. Design and development of a skinny bidirectional soft glove for post-stroke hand rehabilitation
CN210009306U (zh) 一种手指康复训练手套
CN108673534A (zh) 一种利用人造突触网络系统实现智能分拣的软体机械手
CN209392359U (zh) 按摩椅控制电路以及按摩椅

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20181221