CN113183143B - 一种爬管机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种爬管机器人，包括若干阵列分布的气动肌肉，还包括套设在气动肌肉上且间隔布置的PCB电路板、永磁体固定板，所述PCB电路板上安装有若干阵列分布的磁感应传感器，所述永磁体固定板上设置有与各磁感应传感器相对应的永磁体，相对设置的磁感应传感器、永磁体的中心位置共轴线。本发明通过引入传感器反馈的闭环控制来解决气动肌肉开环控制带来的控制不准确、容易受外界干扰等问题。

Description

一种爬管机器人
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种爬管机器人。
背景技术
目前，软体机器人的驱动方式主要分四种：线缆驱动、流体驱动、智能材料驱动以及磁性驱动。流体驱动利用了柔性结构可在来自流体(气体或液体)致动的施加压力下变形的原理，可以实现不同长度的伸长运动。
公告号为CN208084337U的专利说明书中公开了一种软体机器人，其包括伸缩型主体、第一软体抓手和第二软体抓手，所述第一软体抓手连接所述伸缩型主体的一端，所述第二软体抓手连接所述伸缩型主体的另一端，所述伸缩型主体的驱动方式为流体驱动，所述第一软体抓手和第二软体抓手的驱动方式为线缆驱动。上述软体机器人的不同部位采用不同的驱动方式，使得软体机器人能够进行蠕动式运动，蠕动过程中，伸缩型主体会不断地做伸缩动作。
现有的软体机器人的应用领域也越来越多，例如能在管道上运动的爬管机器人，这种爬管机器人有通过气动肌肉进行驱动前进，例如公开号为CN111845988A的专利说明书中公开了一种基于单控制器的刚柔结合爬管机器人，包括气动柔性驱动模块和刚性从动模块；所述气动柔性驱动模块包括柔性驱动管，所述柔性驱动管的一端设有气动通气管，另一端为封闭结构。
但现有的软体机器人气动肌肉一般不具备位移传感功能，不能对软体机器人的伸缩单元进行位移监测，而对于具有较大弯曲角度以及伸缩量的气动肌肉，其伸缩和弯曲状态的传感测量较为困难。
对于气动肌肉的控制，现在的应用下通常为开环控制，即通过建立气动肌肉的运动学模型来预测给定输入下气动肌肉的运动状态。此种方式控制的气动肌肉存在控制不准确、容易受外界干扰等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种爬管机器人，通过引入传感器反馈的闭环控制来解决气动肌肉开环控制带来的控制不准确、容易受外界干扰等问题。
一种爬管机器人，包括若干阵列分布的气动肌肉，还包括套设在气动肌肉上且间隔布置的PCB电路板、永磁体固定板，所述PCB电路板上安装有若干阵列分布的磁感应传感器，所述永磁体固定板上设置有与各磁感应传感器相对应的永磁体，相对设置的磁感应传感器、永磁体的中心位置共轴线。
本发明通过由若干磁感应传感器阵列组成的位移传感器来监测气动肌肉的位移，若干磁感应传感器安装在同一PCB电路板上，可以统一供电以节省需要的引线数量，同时还设置电源指示灯用以指示电路板是否通电。
为了将磁感应传感器的数据转换成距离信息，需要对磁感应传感器的原始数据进行标定。具体地，将永磁体与传感器正对并紧贴，将传感器固定于测高仪上，永磁体固定在桌面上。将传感器与磁体紧贴位置设为0点，每拉开0.2mm的距离测量读取一次传感器的电平输出，到距离拉开为20mm时结束。将测量的数据制成折线图并对折线进行拟合，最后将拟合的多项式整合进程序内，实现程序直接对数据进行处理后输出距离。
传感器的测量数据需要在安装完毕后进行校准，通过测量气动肌肉实际运动状态和传感器测量的读数，再将两者对应，便可反求获得指定传感器读数下气动肌肉的运动状态。
作为优选，所述PCB电路板与永磁体固定板间距8-12mm；进一步优选，间距为10mm。
作为优选，所述PCB电路板和永磁体固定板上均设置有环绕气动肌肉、用于气动肌肉缝纫加固的过孔。
作为优选，所述PCB电路板和永磁体固定板上均设置有分别用于磁感应传感器和永磁体放置的凹槽。
作为优选，所述PCB电路板上喷涂有三防漆，实现防水绝缘能力。
作为优选，所述磁感应传感器采用型号为HAL3144E的霍尔传感器。
作为优选，所述PCB电路板和永磁体固定板外形轮廓一致，且轮廓为圆弧形。
作为优选，所述磁感应传感器为圆周阵列分布的三个。
本发明的有益效果：
(1)本发明通过引入传感器反馈的闭环控制来解决气动肌肉开环控制带来的控制不准确、容易受外界干扰等问题。
(2)传感器分布于同一PCB电路板上，可以统一供电以节省需要的引线数量。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为PCB电路板及永磁体固定板的结构示意图；
图3为PCB电路板搭载电路的示意图；
图4为磁感应传感器的电路原理图。
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做出创造性劳动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。
如图1-3所示，一种爬管机器人，包括若干阵列分布的气动肌肉1以及套设在气动肌肉1上且间隔布置的PCB电路板2、永磁体固定板3。
具体地，PCB电路板2、永磁体固定板3上设置有用于气动肌肉1穿过的卡紧孔31，同时卡紧孔31对应气动肌肉1穿过的位置设计成与气动肌肉1轮廓一致的圆弧结构。其中PCB电路板2与永磁体固定板3间距8-12mm，本实施例中，间距具体为10mm。
PCB电路板2上安装有若干阵列分布的磁感应传感器21，永磁体固定板3上设置有与各磁感应传感器21相对应的永磁体(图中未示出)，为了便于磁感应传感器21感应永磁体，相对设置的磁感应传感器21、永磁体的中心位置共轴线。
本实施例中，PCB电路板2上安装有三个圆周阵列分布的磁感应传感器21，磁感应传感器21具体采用型号为HAL3144E的霍尔传感器，PCB电路板2上还设置电源指示灯用以指示电路板是否通电。
为了保证PCB电路板2的防水绝缘能力，PCB电路板2上喷涂有三防漆。
本实施例中，PCB电路板2和永磁体固定板3外形轮廓一致，且轮廓为圆弧形，以减小爬管机器人整体的占地面积，同时PCB电路板2和永磁体固定板3上均设置有环绕气动肌肉1、用于气动肌肉1缝纫加固的过孔32，防止PCB电路板2和永磁体固定板3在气动肌肉1上滑动，以减小误差；具体地，过孔32沿卡紧孔31的圆弧结构外围设置。
本实施例中，PCB电路板2和永磁体固定板3上均设置有分别用于磁感应传感器21和永磁体放置的凹槽33，相对设置的凹槽33共轴线设置，同时感应传感器21和永磁体安装于对应凹槽33的中心位置，以保证相对设置的磁感应传感器21、永磁体的中心位置共轴线。
本发明通过将磁感应传感器21感应对应的永磁体的数据转换成距离信息，以实现对气动肌肉1的位移进行监测，其中，PCB电路图以及电路原理图如图3和4所示。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种爬管机器人，包括若干阵列分布的气动肌肉，其特征在于：还包括套设在气动肌肉上且间隔布置的PCB电路板、永磁体固定板，所述PCB电路板上安装有若干阵列分布的磁感应传感器，所述永磁体固定板上设置有与各磁感应传感器相对应的永磁体，相对设置的磁感应传感器、永磁体的中心位置共轴线；所述PCB电路板与永磁体固定板间距8-12mm。
2.根据权利要求1所述的爬管机器人，其特征在于：所述PCB电路板和永磁体固定板上均设置有环绕气动肌肉、用于气动肌肉缝纫加固的过孔。
3.根据权利要求1所述的爬管机器人，其特征在于：所述PCB电路板和永磁体固定板上均设置有分别用于磁感应传感器和永磁体放置的凹槽。
4.根据权利要求1所述的爬管机器人，其特征在于：所述PCB电路板上喷涂有三防漆。
5.根据权利要求1所述的爬管机器人，其特征在于：所述磁感应传感器采用型号为HAL3144E的霍尔传感器。
6.根据权利要求1所述的爬管机器人，其特征在于：所述PCB电路板和永磁体固定板外形轮廓一致，且轮廓为圆弧形。
7.根据权利要求1-6任一所述的爬管机器人，其特征在于：所述磁感应传感器为圆周阵列分布的三个。
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