一种带位置/力双向反馈的主从式人工肌肉关节系统技术方案

本发明专利技术公开了一种带位置/力双向反馈的主从式人工肌肉关节系统，其包括采用气动人工肌肉驱动的主关节系统以及采用水压人工肌肉驱动的从关节系统；且所述主关节系统的位置电压信号能够反馈到从关节系统的输入端以使得从关节系统跟踪所述位置电压信号进行相应的位置转角动作，同时所述从关节系统的力矩电压信号能够反馈到主关节系统的输入端以使得主关节系统跟踪所述力矩电压信号进行动作。本发明专利技术工作时能够与海水环境兼容，环保无污染，主从控制可实现水压机械臂跟随操作者手臂同步运动，操作简单；同时能够将从动水压人工肌肉关节的受力反馈给主动气动人工肌肉关节，使操作人员对人工肌肉关节的受力有直观感受。

【技术实现步骤摘要】
一种带位置/力双向反馈的主从式人工肌肉关节系统
本专利技术涉及主从遥控机器臂、特种作业机械手以及深海作业装备等领域，具体的说是涉及一种应用于深海环境中主从式遥控作业机械手。
技术介绍
在深海进行作业时，潜水员受到潜水深度的限制，要完成在大深度水下作业，一般需要采用远程遥控水下机器人(ROV)完成任务。现阶段ROV搭载的水下机械臂为油压驱动，其存在海水向内渗漏使其易受水下环境污染，严重影响其使用寿命，油液向外渗漏则污染海洋环境，自身笨重且需要油箱和压力补偿装置，不利于实现轻型化和小型化等弊端。另外，还需要操作者通过遥控器的操纵杆对机械臂进行控制。采用这种操作方式控制多自由度机械臂时，存在诸多不便，如控制多自由度机械臂对操纵杆的结构和操作人员的技术要求极高；另外，当机械手抓住目标物后，操作者并没有相对应的受力感受，也会影响操作者的控制精度。
技术实现思路
鉴于已有技术存在的缺陷，本专利技术的目的是要提供一种带位置/力双向反馈的主从式人工肌肉关节系统，该系统工作时能够与海水环境兼容，环保无污染，主从控制可实现水压机械臂跟随操作者手臂同步运动，操作简单；同时能够将从动水压人工肌肉关节的受力反馈给主动气动人工肌肉关节，使操作人员对人工肌肉关节的受力有直观感受。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案：一种带位置/力双向反馈的主从式人工肌肉关节系统，其特征在于：包括采用气动人工肌肉驱动的主关节系统以及采用水压人工肌肉驱动的从关节系统；且所述主关节系统的位置电压信号能够反馈到从关节系统的输入端以使得从关节系统跟踪所述位置电压信号进行相应的位置转角动作，同时所述从关节系统的力矩电压信号能够反馈到主关节系统的输入端以使得主关节系统跟踪所述力矩电压信号进行动作。基于上述方案，进一步的优选例，所述主关节系统包括第一气动人工肌肉、第二气动人工肌肉、第一减压阀、第二减压阀、第一气动人工肌肉拉力传感器、第二气动人工肌肉拉力传感器、气压源、气动人工肌肉初始电压控制器、气动人工肌肉PID控制器、气动人工肌肉机械关节的关节轮、气动人工肌肉传动丝、反馈气动人工肌肉比较器、第一气动人工肌肉偏置电压比较器、第二气动人工肌肉偏置电压比较器、气动人工肌肉拉力比较器、气动人工肌肉机架以及气动人工肌肉关节支撑杆；其中，所述第一气动人工肌肉拉力传感器用以检测第一气动人工肌肉的拉力值；所述第二气动人工肌肉拉力传感器用以检测第二气动人工肌肉的拉力值；所述反馈气动人工肌肉比较器用以比较气动人工肌肉关节系统所对应的力矩电压信号与水压人工肌肉关节系统反馈的力矩电压信号的差值并将所获得的差值输入至所述气动人工肌肉PID控制器；其中，气动人工肌肉关节系统所对应的力矩电压信号通过第一气动人工肌肉的力矩电压信号减去第二气动人工肌肉的力矩电压信号得到，所述第一气动人工肌肉的力矩电压信号是通过第一气动人工肌肉的拉力值乘以气动人工肌肉机械关节的关节轮半径得到，所述第二气动人工肌肉的力矩电压信号是通过第二气动人工肌肉的拉力值乘以气动人工肌肉机械关节的关节轮半径得到；所述第二气动人工肌肉偏置电压比较器用以计算气动人工肌肉PID控制器输出的电压信号与气动人工肌肉初始电压控制器输出的电压信号之和并将计算结果输入至第一减压阀；所述第一气动人工肌肉偏置电压比较器用以计算气动人工肌肉PID控制器输出的电压信号与气动人工肌肉初始电压控制器输出的电压信号之差并将计算结果输入至第二减压阀。基于上述方案，进一步的优选例，所述从关节系统包括第一水压人工肌肉、第二水压人工肌肉、第一比例节流阀、第二比例节流阀、第一水压人工肌肉拉力传感器、第二水压人工肌肉拉力传感器、第一固定液阻、第二固定液阻、液压源、水压人工肌肉偏置电压电路、水压人工肌肉PID控制器、水压人工肌肉机械关节的关节轮、从关节增益电路、水压人工肌肉传动丝、反馈水压人工肌肉比较器、第一水压人工肌肉偏置电压比较器、第二水压人工肌肉偏置电压比较器、水压人工肌肉拉力比较器、水压人工肌肉机架以及水压人工肌肉关节支撑杆；其中，所述第一水压人工肌肉拉力传感器用以检测第一水压人工肌肉的拉力值；所述第二水压人工肌肉拉力传感器用以检测第二水压人工肌肉的拉力值；所述水压人工肌肉拉力比较器用以比较计算第一水压人工肌肉的拉力值与第二水压人工肌肉的拉力值的差值以作为水压人工肌肉关节系统反馈的力矩电压信号；所述反馈水压人工肌肉比较器用以比较计算气动人工肌肉关节系统反馈的位置电压信号与水压人工肌肉关节系统反馈的位置电压信号的差值并输入至水压人工肌肉PID控制器；所述水压人工肌肉PID控制器输出的电压信号输入至第一水压人工肌肉偏置电压比较器；所述第一水压人工肌肉偏置电压比较器用以比较计算水压人工肌肉PID控制器输出的电压信号与水压人工肌肉偏置电压输出的电压信号的差值并将所计算出的差值输入至第一比例节流阀；所述第二水压人工肌肉偏置电压比较器用以计算水压人工肌肉PID控制器输出的电压信号与水压人工肌肉偏置电压输出的电压信号的加和值并将所计算出的加和值输入至第二比例节流阀。与现有技术相比、本专利技术的有益效果：1、本专利技术所述系统对应的水压人工肌肉与海水环境兼容、海水可直接作为水压人工肌肉的液压源、无需要油箱和压力补偿装置、大大简化水下装置、结构紧凑；2、本专利技术所述系统对应的水压人工肌肉无传统液压机构的伸缩杆、不存在动密封、不会出现海水向内泄漏、影响设备使用寿命、同时不会存在内部油液外泄污染环境等问题；3、本专利技术将气动人工肌肉关节的转角反馈信号作为水压人工肌肉关节的输入信号、实现位置的主从控制、有利于操作人员对水压人工肌肉的控制；4、本专利技术将水压人工肌肉关节的力矩反馈信号作为气动人工肌肉关节的输入信号、实现力矩的主从控制、可使操作人员感受到对水压人工肌肉关节的受力。附图说明图1为带位置/力双向反馈的主从式人工肌肉关节系统；图中：1、第一水压人工肌肉，2、第二水压人工肌肉，3、第一比例节流阀，4、第二比例节流阀，5、第一水压人工肌肉拉力传感器，6、第二水压人工肌肉拉力传感器，7、第一固定液阻，8、第二固定液阻，9、液压源，10、水压人工肌肉偏置电压，11、水压人工肌肉PID控制器，12、水压人工肌肉机械关节的关节轮，13、第一气动人工肌肉，14、第二气动人工肌肉，15、第一减压阀，16、第二减压阀，17、第一气动人工肌肉拉力传感器，18、第二气动人工肌肉拉力传感器，19、气压源，20、气动人工肌肉初始电压控制器，21、气动人工肌肉PID控制器，22、气动人工肌肉机械关节的关节轮，23、从关节增益电路，24、水压人工肌肉传动丝，25、气动人工肌肉传动丝，26、水压人工肌肉机架，27、气动人工肌肉机架，28、水压人工肌肉关节支撑杆，29、气动人工肌肉关节支撑杆，30、反馈水压人工肌肉比较器，31、第一水压人工肌肉偏置电压比较器，32、第二水压人工肌肉偏置电压比较器，33、水压人工肌肉拉力比较器，34、反馈气动人工肌肉比较器，35、第一气动人工肌肉偏置电压比较器，36、第二气动人工肌肉偏置电压比较器，37、气动人工肌肉拉力比较器。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚、下面将结合本专利技术实施例中的附图、对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述、显然、所描述的实施例是本专利技术一部分实施例、而本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带位置/力双向反馈的主从式人工肌肉关节系统，其特征在于：包括采用气动人工肌肉驱动的主关节系统以及采用水压人工肌肉驱动的从关节系统；且所述主关节系统的位置电压信号能够反馈到从关节系统的输入端以使得从关节系统跟踪所述位置电压信号进行相应的位置转角动作，同时所述从关节系统的力矩电压信号能够反馈到主关节系统的输入端以使得主关节系统跟踪所述力矩电压信号进行动作。

【技术特征摘要】
1.一种带位置/力双向反馈的主从式人工肌肉关节系统，其特征在于：包括采用气动人工肌肉驱动的主关节系统以及采用水压人工肌肉驱动的从关节系统；且所述主关节系统的位置电压信号能够反馈到从关节系统的输入端以使得从关节系统跟踪所述位置电压信号进行相应的位置转角动作，同时所述从关节系统的力矩电压信号能够反馈到主关节系统的输入端以使得主关节系统跟踪所述力矩电压信号进行动作。2.根据权利要求1所述的带位置/力双向反馈的主从式人工肌肉关节系统，其特征在于：所述主关节系统包括第一气动人工肌肉、第二气动人工肌肉、第一减压阀、第二减压阀、第一气动人工肌肉拉力传感器、第二气动人工肌肉拉力传感器、气压源、气动人工肌肉初始电压控制器、气动人工肌肉PID控制器、气动人工肌肉机械关节的关节轮、气动人工肌肉传动丝、反馈气动人工肌肉比较器、第一气动人工肌肉偏置电压比较器、第二气动人工肌肉偏置电压比较器、气动人工肌肉拉力比较器、气动人工肌肉机架以及气动人工肌肉关节支撑杆；其中，所述第一气动人工肌肉拉力传感器用以检测第一气动人工肌肉的拉力值；所述第二气动人工肌肉拉力传感器用以检测第二气动人工肌肉的拉力值；所述反馈气动人工肌肉比较器用以比较气动人工肌肉关节系统所对应的力矩电压信号与水压人工肌肉关节系统反馈的力矩电压信号的差值并将所获得的差值输入至所述气动人工肌肉PID控制器；其中，气动人工肌肉关节系统所对应的力矩电压信号通过第一气动人工肌肉的力矩电压信号减去第二气动人工肌肉的力矩电压信号得到，所述第一气动人工肌肉的力矩电压信号是通过第一气动人工肌肉的拉力值乘以气动人工肌肉机械关节的关节轮半径得到，所述第二气动人工肌肉的力矩电压信号是通过第二气动人工肌肉的拉力值乘以气动人工肌肉机械关节的关节轮半径得到；所述第二气动人工肌肉偏置电压比较器用以计算气动人工肌肉PID控制器输出的电压信号与气动人工肌肉初始电压控...

【专利技术属性】
技术研发人员：张增猛，车进凯，弓永军，侯交义，宁大勇，陈英龙，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21