CN111982159A - 一种用于气动人工肌肉的电阻式软体环状传感器 - Google Patents

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钟宋义
盖子仪
杨扬
杨毅
邵文韫
罗均
谢少荣
彭艳
蒲华燕
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Abstract

本发明公开了一种用于气动人工肌肉的电阻式软体环状传感器，包括套设在气动人工肌肉上的软体外壳，所述软体外壳中设置有流道，所述流道呈具有一缺口的环状，所述流道中填充有液态金属，所述流道的两端分别连接有一个外部导线，所述外部导线一端穿过所述流道与所述液态金属接触，所述外部导线的另一端与外部电路电连接。本发明用于气动人工肌肉的电阻式软体环状传感器提高了对气动人工肌肉传感的准确度。

Description

一种用于气动人工肌肉的电阻式软体环状传感器
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，特别是涉及一种用于气动人工肌肉的电阻式软体环状传感器。
背景技术
软体机器人领域中以气动机器人最为火热，气动驱动器也层出不穷，其中，气动人工肌肉是一种新型气动执行元件，其具有柔性高、重量轻、成本低以及响应速度快的优点，在软体机器人领域被广泛用作驱动器。气动人工肌肉构造简单，由纤维网缠绕软管组成。当向气动人工肌肉输入适当大小的气压时，软管就有一定柔性，直径变大，不断膨胀，因为纤维丝的限制，软管膨胀到一定地步不会继续膨胀，导致胀破。
目前，气动人工肌肉由于极高的柔软性和极高的负载比被广泛用于肢体康复医学领域、仿人机器人领域以及软体机器人等火热领域。其与人的交互协作越来越密切，但是人工肌肉的气动控制难以现行控制，这给由其驱动的软体机器人的建模带来挑战，因此，对气动人工肌肉施加监控，同时搭建更为安全的闭环控制变得尤为重要。传统的PID控制最多只能应用于前馈控制，需要一个适用于气动人工肌肉的传感器搭建闭环控制。常见的软体传感器一般为贴片式，由于人工肌肉直径较小，贴片式传感器无法贴附，即使使用特定胶水贴附成功，紧密贴附带来的附加刚度会影响人工肌肉的自然膨胀，涂有胶水的人工肌肉部位已变为刚性结构，气压将不再此部位奏效。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于气动人工肌肉的电阻式软体环状传感器，以解决上述现有技术存在的问题，提高对气动人工肌肉传感的准确度。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供了一种用于气动人工肌肉的电阻式软体环状传感器，包括套设在气动人工肌肉上的软体外壳，所述软体外壳中设置有流道，所述流道呈具有一缺口的环状，所述流道中填充有液态金属，所述流道的两端分别连接有一个外部导线，所述外部导线一端穿过所述流道与所述液态金属接触，所述外部导线的另一端与外部电路电连接。
优选的，所述软体外壳、所述气动人工肌肉及所述流道同轴。
优选的，所述外部导线与所述流道的接口处使用硅胶密封。
优选的，所述软体外壳采用层片结构进行制造，所述软体外壳的材料为硅胶。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明用于气动人工肌肉的电阻式软体环状传感器提高了对气动人工肌肉传感的准确度。本发明用于气动人工肌肉的电阻式软体环状传感器中由硅胶制作的软体外壳能够最大限度地减小外部传感器对宿主的影响，且由于其柔软的特性，气动人工肌肉的变形能够较为完整的反映到软体环状传感器中；流道内填充的液态金属灵敏度高，能够将气动人工肌肉的膨胀情况有效检测出来，通过外部导线将变化后的液态金属的电阻值变化导出至外部电路。多个软体环状传感器的使用能够有效提高测试准确度，多于2个的传感器数量限制也能方便外部电路消除电阻式传感器固有的温度漂移现象，为基于气动人工肌肉的软体机器人提供闭环控制的稳定可靠的反馈参数。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为在气动人体肌肉上应用两个本发明用于气动人工肌肉的软体环状传感器的结构示意图；
图2为在气动人体肌肉上应用一个本发明用于气动人工肌肉的软体环状传感器的结构示意图；
图3为本发明用于气动人工肌肉的软体环状传感器的结构示意图；
其中：1、气动人工肌肉；2、第一软体环状传感器；21、软体外壳；22、液态金属；3、第一外部导线；4、第二软体环状传感器；5、第二外部导线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种用于气动人工肌肉的电阻式软体环状传感器，以解决上述现有技术存在的问题，提高对气动人工肌肉传感的准确度。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1至图3所示：本实施例提供了一种用于气动人工肌肉1的电阻式软体环状传感器，包括套设在气动人工肌肉1上的软体外壳21，软体外壳21中设置有流道，流道呈具有一缺口的环状，流道中填充有液态金属22，流道的两端分别连接有一个外部导线，外部导线一端穿过流道与液态金属22接触，外部导线的另一端与外部电路电连接。
软体外壳21、气动人工肌肉1及流道同轴。外部导线与流道的接口处使用硅胶密封。软体外壳21采用层片结构进行制造，分层制造叠加而成的流道空腔内填充液态金属22，软体外壳21的材料为硅胶。
本实施例用于气动人工肌肉1的电阻式软体环状传感器的工作原理如下：
当气动人工肌肉1充气时，受其纤维网限制，在一定范围内会随充气压力的增大，径向发生膨胀，此时，外套在气动人工肌肉1上的第一软体环状传感器2和第二软体环状传感器4的内环受到挤压，也会进行相应的变形，一软体环状传感器和第二软体环状传感器4内的流道因此发生一定变形，每个传感器内液态金属22的电阻发生相应变化，这一变化通过第一外部导线3和第二外部导线5输出至外部电路，能够实现相应的闭环控制，大于等于2个软体环状传感器数量可以提高测量准确度，也方便外部电路消除电阻式传感器固有的温度漂移现象。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“笫二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (4)

1.一种用于气动人工肌肉的电阻式软体环状传感器，其特征在于：包括套设在气动人工肌肉上的软体外壳，所述软体外壳中设置有流道，所述流道呈具有一缺口的环状，所述流道中填充有液态金属，所述流道的两端分别连接有一个外部导线，所述外部导线一端穿过所述流道与所述液态金属接触，所述外部导线的另一端与外部电路电连接。
2.根据权利要求1所述的用于气动人工肌肉的电阻式软体环状传感器，其特征在于：所述软体外壳、所述气动人工肌肉及所述流道同轴。
3.根据权利要求1所述的用于气动人工肌肉的电阻式软体环状传感器，其特征在于：所述外部导线与所述流道的接口处使用硅胶密封。
4.根据权利要求1所述的用于气动人工肌肉的电阻式软体环状传感器，其特征在于：所述软体外壳采用层片结构进行制造，所述软体外壳的材料为硅胶。
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