CN110949556B - 一种软体机器人及其气路控制装置以及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种软体机器人及其气路控制装置以及控制方法，气路控制装置包括单片机模块、主气泵模块、主高压储能气缸以及主低压储能气缸；单片机模块用于通过控制主气泵模块以控制主高压储能气缸与主低压储能气缸之间的循环流动，以及通过控制主气泵模块以控制主高压储能气缸与外界之间的连通。本技术方案通过主高压储能气缸以及主低压储能气缸之间的气压差实现控制软体机器人的气动执行模块不同的动作控制，同时通过主高压储能气缸以及主低压储能气缸之间的气压差获取外界气体以弥补气路控制装置工作过程中所损失的气体，无需不断地充放气就能够保证连续运行，软体机器人的工作效率高，有利于提高软体机器人的稳定性。

Description

一种软体机器人及其气路控制装置以及控制方法

技术领域

本发明涉及机器人控制技术领域，更具体地说涉及一种软体机器人的气路控制装置，应用该气路控制装置的软体机器人以及气路控制方法。

背景技术

软体机器人是一种新型柔软机器人，能够适应各种非结构化环境，与人类的交互也更安全。与传统的刚体机器人相比，软体机器人本体利用柔软材料制作，一般认为是杨氏模量低于人类肌肉的材料；区别于传统机器人电机驱动，软体机器人的驱动方式主要取决于所使用的智能材料，一般有介电弹性体(DE)、离子聚合物金属复合材料(IPMC)、形状记忆合金(SMA)、形状记忆聚合物(SMP)等等，大多数软体机器人的设计是模仿自然界各种生物，如蚯蚓、章鱼、水母等，具有一些特殊的折叠效果，使用正确的方法可以折叠，在适当的地点粘合，可以实现跳跃、蠕动和抓握。其大体可应用于以下3个领域，人机交互领域的应用，医学领域的应用，复杂环境下的应用。

而现存的软体机器人气动驱动方式运用气泵实现气体的充入和排出，利用气泵的正反转进行充气，吸气实现软体机器人的气动驱动，因此现有的软体机器人无法连续运行工作，一定程度上降低了软体机器人的工作效率，另外现有的软体机器人需要不断的充放气，不利于软体机器人的稳定性。

发明内容

本发明目的在于提供一种软体机器人的气路控制装置，应用该气路控制装置的软体机器人以及气路控制方法，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。

为解决上述技术问题所采用的技术方案：

一种软体机器人的气路控制装置，包括单片机模块、主气泵模块、主高压储能气缸以及主低压储能气缸；

所述单片机模块分别与所述主气泵模块、所述主高压储能气缸以及所述主低压储能气缸电性连接；

所述单片机模块用于通过控制所述主气泵模块以控制所述主高压储能气缸与所述主低压储能气缸之间的循环流动，以及根据所述主高压储能气缸与所述主低压储能气缸之间的气压差，通过控制所述主气泵模块以控制所述主高压储能气缸与外界之间的连通。

作为上述技术方案的进一步改进，气路控制装置还包括中继高压储能气缸以及中继低压储能气缸；

所述单片机模块分别与所述中继高压储能气缸以及所述中继低压储能气缸电性连接；

所述主高压储能气缸与所述中继高压储能气缸相连通，所述主低压储能气缸与所述中继低压储能气缸相连通。

本技术方案通过设置所述中继高压储能气缸以及所述中继低压储能气缸，在控制软体机器人的气动执行模块时能够实现对所述主高压储能气缸以及所述主低压储能气缸的缓冲作用。

作为上述技术方案的进一步改进，所述主气泵模块包括电动气泵、截止阀、放气阀以及补气阀；

所述单片机模块分别与所述电动气泵、所述截止阀、所述放气阀以及所述补气阀电性连接；

所述截止阀设置在所述电动气泵与外界连接的连接通道上，所述放气阀设置在所述电动气泵与所述主高压储能气缸的连接通道上，所述补气阀设置在所述电动气泵与所述主低压储能气缸的连接通道上。

本技术方案通过所述截止阀、所述放气阀以及所述补气阀的设置，便于所述单片机模块实现控制所述主高压储能气缸与所述主低压储能气缸之间的循环流动以及控制所述主高压储能气缸与外界之间的连通。

作为上述技术方案的进一步改进，所述主高压储能气缸的内部以及所述主低压储能气缸的内部分别设置有气压传感器，所述主高压储能气缸、所述主低压储能气缸、所述中继高压储能气缸以及所述中继低压储能气缸分别设置有电磁阀，所述单片机模块分别与各个所述气压传感器以及各个所述电磁阀电性连接。

本技术方案通过所述气压传感器，分别实时检测所述主高压储能气缸以及所述主低压储能气缸内的气压值，通过所述电磁阀分别控制所述主高压储能气缸、所述主低压储能气缸、所述中继高压储能气缸以及所述中继低压储能气缸与软体机器人中气动执行模块连通，便于实时控制软体机器人中气动执行模块内部的气压大小。

本申请同时还公开了一种软体机器人，包括串联气动执行模块、并联气动执行模块以及所述的气路控制装置，所述主高压储能气缸以及所述主低压储能气缸分别与所述串联气动执行模块相连通，所述主高压储能气缸以及所述主低压储能气缸分别与所述并联气动执行模块相连通。

作为上述技术方案的进一步改进，所述气路控制装置还包括中继高压储能气缸以及中继低压储能气缸；

所述单片机模块分别与所述中继高压储能气缸以及所述中继低压储能气缸电性连接；

所述主高压储能气缸与所述中继高压储能气缸相连通形成一个总高压储能气缸，所述主低压储能气缸与所述中继低压储能气缸相连通形成一个总低压储能气缸；

所述总高压储能气缸分别与所述串联气动执行模块以及所述并联气动执行模块相连通，所述总低压储能气缸分别与所述串联气动执行模块以及所述并联气动执行模块相连通。

本技术方案通过设置所述中继高压储能气缸以及所述中继低压储能气缸，在控制软体机器人的所述并联气动执行模块以及所述串联气动执行模块时能够实现对所述主高压储能气缸以及所述主低压储能气缸的缓冲作用。

本申请同时还公开了一种软体机器人的气路控制装置的控制方法，包括以下步骤：

步骤100，分别检测所述主高压储能气缸以及所述主低压储能气缸的气压值；

步骤200，计算所述主高压储能气缸与所述主低压储能气缸之间的气压差；

步骤300，判断所述气压差是否小于预设的触发值，如果是，获取外界气体，控制所述主气泵模块生成高压气体，并将高压气体输入至所述主高压储能气缸，否则继续往下执行操作；

步骤400，获取所述主低压储能气缸中的低压气体，控制所述主气泵模块生成高压气体，并将高压气体输入至所述主高压储能气缸。

作为上述技术方案的进一步改进，步骤400包括以下步骤：

步骤410，设置所述主高压储能气缸的第一低位临界值以及第一高位临界值，设置所述主低压储能气缸的第二低位临界值以及第二高位临界值；

步骤420，判断所述主低压储能气缸的气压值是否高于所述第二高位临界值，如果是，启动所述主气泵模块，获取所述主低压储能气缸的低压气体，降低所述主低压储能气缸的气压值，直到所述主低压储能气缸的气压值小于或等于所述第二低位临界值，停止运行所述主气泵模块；

步骤430，判断所述主高压储能气缸的气压值是否低于所述第一低位临界值，如果是，启动所述主气泵模块生成高压气体，并将高压气体输入至所述主高压储能气缸，提高所述主高压储能气缸的气压值，直到所述主高压储能气缸的气压值大于或等于所述第一高位临界值，停止运行所述主气泵模块。

本发明的有益效果是：本技术方案通过主高压储能气缸以及主低压储能气缸之间的气压差实现控制软体机器人的气动执行模块不同的动作控制，同时通过主高压储能气缸以及主低压储能气缸之间的气压差获取外界气体以弥补气路控制装置工作过程中所损失的气体，维持主高压储能气缸以及主低压储能气缸之间的气压差，因此本技术方案无需不断地充放气就能够保证连续运行，软体机器人的工作效率高，有利于提高软体机器人的稳定性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明；

图1是本发明的电路结构框架图；

图2是本发明的软体机器人的结构示意图；

图3是本发明的控制方法流程示意图。

100、主气泵模块，110、电动气泵，120、放气阀，130、补气阀，140、截止阀，200、主高压储能气缸，300、主低压储能气缸，400、气压传感器，500、电磁阀，600、中继高压储能气缸，700、中继低压储能气缸，900、串联气动执行模块，910、第二执行器件，920、第二电子阀，800、并联气动执行模块，810、第一执行器件，820、第一电子阀。

具体实施方式

本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，如果具有“若干”之类的词汇描述，其含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

参照图1和图2，本申请公开了一种软体机器人的气路控制装置，其第一实施例，包括单片机模块、主气泵模块100、主高压储能气缸200以及主低压储能气缸300；

所述单片机模块分别与所述主气泵模块100、所述主高压储能气缸200以及所述主低压储能气缸300电性连接；

所述单片机模块用于通过控制主气泵模块100以控制所述主高压储能气缸200与所述主低压储能气缸300之间的循环流动，以及根据所述主高压储能气缸200与所述主低压储能气缸300之间的气压差，通过控制所述主气泵模块100以控制所述主高压储能气缸200与外界之间的连通。

本实施例通过所述主高压储能气缸200以及所述主低压储能气缸300之间的气压差实现控制软体机器人的气动执行模块不同动作控制，同时通过所述主高压储能气缸200以及所述主低压储能气缸300之间的气压差获取外界气体以弥补气路控制装置工作过程中所损失的气体，维持所述主高压储能气缸200以及所述主低压储能气缸300之间的气压差，因此本技术方案无需不断地充放气就能够保证连续运行，软体机器人的工作效率高，有利于提高软体机器人的稳定性。

本实施例中所述主气泵模块100包括电动气泵110、截止阀140、放气阀120以及补气阀130；所述单片机模块分别与所述电动气泵110、所述截止阀140、所述放气阀120以及所述补气阀130电性连接；所述截止阀140设置在所述电动气泵110与外界连接的连接通道上，所述放气阀120设置在所述电动气泵110与所述主高压储能气缸200的连接通道上，所述补气阀130设置在所述电动气泵110与所述主低压储能气缸300的连接通道上。

本实施例中所述电动气泵110主要用于对内部固定容积的气体进行压缩或者拉伸以形成高压气体或者低压气体，通过所产生的高压气体或者低压气体以控制所述主高压储能气缸200以及所述主低压储能气缸300内的气压值，实现所述主高压储能气缸200以及所述主低压储能气缸300之间气体的循环流动；另外本实施例在运行工作过程中循环流动的气体总量不可避免地会损失掉，导致所述主高压储能气缸200以及所述主低压储能气缸300之间的气压差会逐渐地减少，减少到一定程度时就难以维持所述主高压储能气缸200以及所述主低压储能气缸300之间气体的循环流动，同样也难以维持软体机器人气动执行模块的动作，因此当所述单片机模块检测到所述主高压储能气缸200以及所述主低压储能气缸300之间的气压差过低时，会打开所述截止阀140，将外部的气体引入到所述电动气泵110内，以提高所述主高压储能气缸200以及所述主低压储能气缸300之间的气压差。

另外为了实现对所述主高压储能气缸200以及所述主低压储能气缸300之间气压差的检测，本实施例中需要在所述主高压储能气缸200以及所述主低压储能气缸300内分别设置气压传感器400，以实现对所述主高压储能气缸200内气压值以及所述主低压储能气缸300内气压值的检测，再由所述单片机模块实现相应的运算功能；此外由于需要控制所述主高压储能气缸200以及所述主低压储能气缸300与软体机器人气动执行模块的连通，本实施例还需要在所述主高压储能气缸200以及所述主低压储能气缸300上分别设置电磁阀500，以便于所述单片机模块控制各个气路上的连通。

本申请一种软体机器人的气路控制装置的第二实施例，与第一实施例相比，其主要区别在于还包括中继高压储能气缸600以及中继低压储能气缸700，所述单片机模块分别与所述中继高压储能气缸600以及所述中继低压储能气缸700电性连接；所述主高压储能气缸200与所述中继高压储能气缸600相连通，所述主低压储能气缸300与所述中继低压储能气缸700相连通。

气路控制装置的第一实施例中所述主高压储能气缸200以及所述主低压储能气缸300的运动件质量大，运动速度高，当所述主高压储能气缸200以及所述主低压储能气缸300驱动的较大负载高速运行时，会产生较大的动能容易损坏仪器。为此，气路控制装置的第二实施例中，为所述主高压储能气缸200设置中继高压储能气缸600以组成一个总高压储能气缸，为所述主低压储能气缸300设置中继低压储能气缸700以组成一个总低压储能气缸，所述总高压储能气缸以及所述总低压储能气缸协同工作控制气动执行模块动作时，能够降低所述主高压储能气缸200以及所述主低压储能气缸300的动能，避免了气动执行模块进出的气体直接冲击与之相连的通道，有效地起到了对所述主高压储能气缸200以及所述主低压储能气缸300的缓冲作用，从而提高整个气路控制装置的工作稳定性。

当然了本实施例中所述中继高压储能气缸600以及所述中继低压储能气缸700同样需要与软体机器人的气动执行模块相连通，因此本实施例中所述中继高压储能气缸600以及所述中继低压储能气缸700同样需要设置与所述单片机模块相连接的电磁阀500。

参照图2，本申请同时公开了一种软体机器人，其第一实施例包括串联气动执行模块900、并联气动执行模块800以及上述气路控制装置的第一实施例，所述主高压储能气缸200以及所述主低压储能气缸300分别与所述串联气动执行模块900相连通，所述主高压储能气缸200以及所述主低压储能气缸300分别与所述并联气动执行模块800相连通。

本实施例中所述并联气动执行模块800包括若干个第一控制支路，每个所述第一控制支路包括两个或以上的第一执行器件810以及第一电子阀820，所述第一执行器件810以及第一电子阀820相互间隔地设置在第一控制支路上，所述第一执行器件810内部设置有第一压力传感器，所述第一压力传感器以及所述第一电子阀820分别与所述单片机模块电性连接，所述第一执行器件810均是由柔韧性强的材料，根据仿生学原理设计的，可实现不同可恢复性的变换动作。

本实施例中所述串联气动执行模块900包括若干个第二控制支路，每个所述第二控制支路包括一个第二执行器件910以及两个或以上第二电子阀920，所述第二电子阀920分别设置在所述第二执行器件910的两端，所述第二执行器件910内部设置有第二压力传感器，所述第二压力传感器以及所述第二电子阀920分别与所述单片机模块电性连接，所述第二执行器件910是由柔韧性强的材料，根据仿生学原理设计的，可实现不同可恢复性的变换动作。

本申请软体机器人的第二实施例，与第一实施例相比，其区别在于，第二实施例中，所述气路控制装置还包括中继高压储能气缸600以及中继低压储能气缸700；所述单片机模块分别与所述中继高压储能气缸600以及所述中继低压储能气缸700电性连接；所述主高压储能气缸200与所述中继高压储能气缸600相连通形成一个总高压储能气缸，所述主低压储能气缸300与所述中继低压储能气缸700相连通形成一个总低压储能气缸；所述总高压储能气缸分别与所述串联气动执行模块900以及所述并联气动执行模块800相连通，所述总低压储能气缸分别与所述串联气动执行模块900以及所述并联气动执行模块800相连通。

参照图3，本申请同时还公开了一种软体机器人的气路控制装置的控制方法，其第一实施例包括以下步骤：

步骤100，分别检测所述主高压储能气缸200以及所述主低压储能气缸300的气压值；

步骤200，计算所述主高压储能气缸200与所述主低压储能气缸300之间的气压差；

步骤300，判断所述气压差是否小于预设的触发值，如果是，获取外界气体，控制所述主气泵模块100生成高压气体，并将高压气体输入至所述主高压储能气缸200，否则继续往下执行操作；

步骤400，获取所述主低压储能气缸300中的低压气体，控制所述主气泵模块100生成高压气体，并将高压气体输入至所述主高压储能气缸200。

进一步作为优选的实施方式，本实施例中，步骤400包括以下步骤：

步骤410，设置所述主高压储能气缸200的第一低位临界值以及第一高位临界值，设置所述主低压储能气缸300的第二低位临界值以及第二高位临界值；

步骤420，判断所述主低压储能气缸300的气压值是否高于所述第二高位临界值，如果是，启动所述主气泵模块100，获取所述主低压储能气缸300的低压气体，降低所述主低压储能气缸300的气压值，直到所述主低压储能气缸300的气压值小于或等于所述第二低位临界值，停止运行所述主气泵模块100；

步骤430，判断所述主高压储能气缸200的气压值是否低于所述第一低位临界值，如果是，启动所述主气泵模块100生成高压气体，并将高压气体输入至所述主高压储能气缸200，提高所述主高压储能气缸200的气压值，直到所述主高压储能气缸200的气压值大于或等于所述第一高位临界值，停止运行所述主气泵模块100。

以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (3)

1.一种软体机器人，其特征在于：包括串联气动执行模块（900）、并联气动执行模块（800）以及气路控制装置；

所述气路控制装置包括单片机模块、主气泵模块（100）、主高压储能气缸（200）以及主低压储能气缸（300）；所述单片机模块分别与所述主气泵模块（100）、所述主高压储能气缸（200）以及所述主低压储能气缸（300）电性连接，所述单片机模块用于通过控制所述主气泵模块（100）以控制所述主高压储能气缸（200）与所述主低压储能气缸（300）之间的循环流动，以及根据所述主高压储能气缸（200）与所述主低压储能气缸（300）之间的气压差，通过控制所述主气泵模块（100）以控制所述主高压储能气缸（200）与外界之间的连通；所述主高压储能气缸（200）的内部和所述主低压储能气缸（300）的内部分别设置有气压传感器（400），所述主高压储能气缸（200）和所述主低压储能气缸（300）分别设置有电磁阀（500），所述单片机模块分别与各个所述气压传感器（400）以及各个所述电磁阀（500）电性连接；

所述主高压储能气缸（200）以及所述主低压储能气缸（300）分别与所述串联气动执行模块（900）相连通，所述主高压储能气缸（200）以及所述主低压储能气缸（300）分别与所述并联气动执行模块（800）相连通；

所述气路控制装置还包括中继高压储能气缸（600）以及中继低压储能气缸（700），所述单片机模块分别与所述中继高压储能气缸（600）以及所述中继低压储能气缸（700）电性连接；所述主高压储能气缸（200）与所述中继高压储能气缸（600）相连通形成一个总高压储能气缸，所述主低压储能气缸（300）与所述中继低压储能气缸（700）相连通形成一个总低压储能气缸；所述总高压储能气缸分别与所述串联气动执行模块（900）以及所述并联气动执行模块（800）相连通，所述总低压储能气缸分别与所述串联气动执行模块（900）以及所述并联气动执行模块（800）相连通；

所述气路控制装置的控制方法包括以下：

步骤100，分别检测所述主高压储能气缸（200）以及所述主低压储能气缸（300）的气压值；

步骤200，计算所述主高压储能气缸（200）与所述主低压储能气缸（300）之间的气压差；

步骤300，判断所述气压差是否小于预设的触发值，如果是，获取外界气体，控制所述主气泵模块（100）生成高压气体，并将高压气体输入至所述主高压储能气缸（200），否则继续往下执行操作；

步骤400，获取所述主低压储能气缸（300）中的低压气体，控制所述主气泵模块（100）生成高压气体，并将高压气体输入至所述主高压储能气缸（200）；

其中，步骤400包括以下：

步骤410，设置所述主高压储能气缸（200）的第一低位临界值以及第一高位临界值，设置所述主低压储能气缸（300）的第二低位临界值以及第二高位临界值；

步骤420，判断所述主低压储能气缸（300）的气压值是否高于所述第二高位临界值，如果是，启动所述主气泵模块（100），获取所述主低压储能气缸（300）的低压气体，降低所述主低压储能气缸（300）的气压值，直到所述主低压储能气缸（300）的气压值小于或等于所述第二低位临界值，停止运行所述主气泵模块（100）；

步骤430，判断所述主高压储能气缸（200）的气压值是否低于所述第一低位临界值，如果是，启动所述主气泵模块（100）生成高压气体，并将高压气体输入至所述主高压储能气缸（200），提高所述主高压储能气缸（200）的气压值，直到所述主高压储能气缸（200）的气压值大于或等于所述第一高位临界值，停止运行所述主气泵模块（100）。

2.根据权利要求1所述的一种软体机器人，其特征在于：所述主气泵模块（100）包括电动气泵（110）、截止阀（140）、放气阀（120）以及补气阀（130）；

所述单片机模块分别与所述电动气泵（110）、所述截止阀（140）、所述放气阀（120）以及所述补气阀（130）电性连接；

所述截止阀（140）设置在所述电动气泵（110）与外界连接的连接通道上，所述放气阀（120）设置在所述电动气泵（110）与所述主高压储能气缸（200）的连接通道上，所述补气阀（130）设置在所述电动气泵（110）与所述主低压储能气缸（300）的连接通道上。

3.根据权利要求1所述的一种软体机器人，其特征在于：所述中继高压储能气缸（600）和所述中继低压储能气缸（700）分别设置有电磁阀（500），所述单片机模块分别与各个电磁阀（500）电性连接。