本实用新型专利技术公开的一种新型仿生机械手臂控制装置，该手臂结构上采用气动肌肉作为驱动器，使其由肩关节、肘关节和腕关节组成的七自由度仿人机械手臂；其控制装置中共使用控制8个比例压力阀调节气体介质的压力、流量，同时为了提高整个手臂各个关节的控制精度，采用多个关节压力传感器、关节角度传感器分别测量和反馈各自关节的转角和压力信号，以此构成位置闭环反馈控制装置。该控制装置受控性好，仿生程度高,能够很好地实现人类手臂关节的柔顺运动。
Novel bionic mechanical arm control device
The utility model discloses a new bionic mechanical arm control device, the arm structure adopts pneumatic muscles as actuators, seven DOF humanoid robot arm which consists of shoulder joint, elbow joint and wrist joint; the control device used in the control of the ratio of the 8 pressure valve to adjust the gas medium pressure, flow, in order to improve the control precision of the arm joints, using multiple joint pressure sensor, joint angle sensor measurement and feedback respectively their joint angle and pressure signal, so as to form a closed loop position feedback control device. The control device has the advantages of good controllability and high bionic degree, and can realize the flexible movement of the human arm joint.
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及机器人
，尤其涉及一种新型仿生机械手臂控制装置。
技术介绍
仿生机械手臂是机械制造与自动化领域机器人方向的研究热点。在康复辅助机器人、服务机器人、仿生机械等应用领域具有广阔的应用前景。目前仿生机械手臂以电机驱动为主，在关节柔性、动态刚度和能量密度等方面都难以满足使用要求。现今国内也有不少企业和研究所研制了气动肌肉仿生机械手臂，对气动肌肉的实际应用起到了很大的推动作用，中国专利申请公布号CN105150190A，申请公布日2015.12.16，专利技术名称：基于气动肌肉的六自由度仿生机械手臂，该专利技术公开了一种基于气动肌肉的六自由度仿生机械手臂，包括机架、肩关节、肘关节、腕关节及机械手掌，其中上述肩关节、肘关节、腕关节及机械手掌依次连接固定在机架上，并采用气动肌肉作为驱动器，由滑轮组件实现关节的摆动和旋转。该专利技术体积小、柔性高、仿生程度高。但该专利技术存在缺少人类手臂一个自由度的不足。因为，人的手臂能够实现7个自由度，使得该专利技术仿生程度方面出现了折扣，降低了仿生动作的可靠性，因此，需要一种技术方案解决上述问题。
技术实现思路
针对以上现有技术的不足，本技术的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种新型仿生机械手臂控制装置，使其实现七自由度仿生，仿生程度高、且仿生动作可靠。为实现上述目的，本技术采用以下技术方案实现：本技术所述的一种新型仿生机械手臂，该手臂结构上采用气动肌肉1～16作为驱动器，使其由肩关节I41、肩关节II40、肘关节39和腕关节38组成的7自由度仿人机械手臂，各自由度均由气动肌肉1～16驱动：机架上安装有8根气动肌肉9～16，实现类人手臂肩关节I41、肩关节II40的旋内/旋外、屈/伸及内收/外展的3个自由度；上臂安装4根气动肌肉5～8，实现肘关节39屈/伸、旋内/旋外的2个自由度；前臂安装4根气动肌肉1～4，实现腕关节38内收/外展、屈/伸的2个自由度。本技术手臂共有7个自由度，关节的驱动通过气动肌肉1～16的相互对抗实现，其中腕关节38的2个自由度采用4根气动肌肉1～4驱动；肘关节39的2个自由度采用4根气动肌肉5～8驱动；肩关节的3个自由度，其中对于肩关节I41的旋转运动采用4根气动肌肉13～16驱动，肩关节II40的屈伸运动采用4根气动肌肉9～12驱动，以求更加稳定地实现关节运动，因而肩关节采用8根气动肌肉9～16驱动，由此气动回路由气源33、气动三联件32、肩关节回路I34、肩关节回路II35、肘关节回路36、腕关节回路37、气动肌肉1～16构成。气源33是整个气动回路的动力源，气动三联件32是将空气过滤器、减压阀和油雾器三种气源处理元件组装在一起，用于进入气动回路的气源净化过滤和减压至回路供给额定的气源压力值；肩关节回路I34、肩关节回路II35为控制肩关节的运动；肘关节回路36为控制肘关节39运动；腕关节回路37控制腕关节38运动。从而使得本技术手臂中每个关节的驱动都采用相对于人类拮抗肌的两对气动肌肉的对抗作用来实现。肩关节回路I34、肩关节回路II35、肘关节回路36、腕关节回路37可独立工作，肩关节回路I34、肩关节回路II35、肘关节回路36、腕关节回路37的开闭由两位三通电磁阀28～31控制，两位三通电磁阀28～31通电时，对应的回路工作，两位三通电磁阀28～31断电时，对应的回路不工作。比例压力阀20、21用于调节腕关节38的4根气动肌肉1～4内部压力值，比例压力阀22、23用于调节肘关节39的4根气动肌肉5～8内部压力值，比例压力阀24、25、26、27用于调节肩关节I41、肩关节II40的8根气动肌肉9～16内部压力值。两位四通电磁阀17用于选择机械手臂手爪的上下或左右移动，两位四通电磁阀18用于选择前臂的弯曲或扭曲运动，两位四通电磁阀19用于选择整个机械手臂伸展或抬升运动。整个机械手臂肩关节I41的旋转运动无需两位四通电磁阀控制。当4个两位三通电磁阀28～31均得电时，对于肩关节回路I34，比例压力阀26调节气动肌肉13、14，比例压力阀27调节气动肌肉15、16，改变两对气动肌肉13、14和气动肌肉15、16的工作压力，使得气动肌肉13、14和气动肌肉15、16的内部压力一对增加和另一对减少，从而带动整个机械手臂进行旋转运动；对于肩关节回路II35，比例压力阀24调节气动肌肉9、10，比例压力阀25调节气动肌肉11、12，实现整个机械手臂的屈伸运动；对于肘关节回路36，比例压力阀22调节气动肌肉5、6，比例压力阀23调节气动肌肉7、8，实现前臂的弯曲运动；对于腕关节回路37，比例压力阀20调节气动肌肉1、2，比例压力阀21调节气动肌肉3、4，实现机械手臂手爪的上下运动。当所有两位四通电磁阀17、18、19失电时，可以分别实现肩关节、肘关节39、腕关节38的其余运动。本技术手臂的控制装置包括触摸屏64、Modbus总线63、数据采集控制板62、A/D54～61、D/A50～53、腕关节压力传感器49、腕关节角度传感器48、肘关节压力传感器47、肘关节角度传感器46、肩关节II压力传感器45、肩关节II角度传感器44、肩关节I压力传感器43、肩关节I角度传感器42、肩关节I41、肩关节II40、肘关节39、腕关节38、腕关节回路37、肘关节回路36、肩关节回路II35、肩关节回路I34、气源33、气动三联件32、两位三通电磁阀28～31、比例压力阀20～27、两位四通电磁阀17～19、气动肌肉1～16，其连接关系为：触摸屏64与Modbus总线63电性连接，数据采集控制板62分别与气源33、气动三联件32、A/D54～61、D/A50～53电性连接；D/A50、腕关节回路37、两位三通电磁阀28、比例压力阀20、气动肌肉1、腕关节38顺次电性连接，比例压力阀21分别与两位三通电磁阀28、两位四通电磁阀17电性连接，气动肌肉2分别与两位四通电磁阀17、腕关节38电性连接，气动肌肉3分别与两位四通电磁阀17、腕关节38电性连接，气动肌肉4分别与比例压力阀21、腕关节38电性连接；D/A51、肘关节回路36、两位三通电磁阀29、比例压力阀22、气动肌肉5、肘关节39顺次电性连接，比例压力阀23分别与两位三通电磁阀29、两位四通电磁阀18电性连接，气动肌肉6分别与两位四通电磁阀18、肘关节39电性连接，气动肌肉7分别与两位四通电磁阀18、肘关节39电性连接，气动肌肉8分别与比例压力阀23、肘关节39电性连接；D/A52、肩关节回路II35、两位三通电磁阀30、比例压力阀24、气动肌肉9、肩关节II40顺次电性连接，比例压力阀25分别与两位三通电磁阀30、两位四通电磁阀19电性连接，气动肌肉10分别与两位四通电磁阀19、肩关节II40电性连接，气动肌肉11分别与两位四通电磁阀19、肩关节II40电性连接，气动肌肉12分别与比例压力阀25、肩关节II40电性连接；D/A53、肩关节回路I34、两位三通电磁阀31、比例压力阀26、气动肌肉13、肩关节I41顺次电性连接，气动肌肉14分别与比例压力阀26、肩关节I41电性连接，比例压力阀27分别与两位三通电磁阀31、气动肌肉15、16电性连接，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种新型仿生机械手臂控制装置，所述手臂结构上采用气动肌肉(1～16)作为驱动器，使其由肩关节I(41)、肩关节II(40)、肘关节(39)和腕关节(38)组成的7自由度仿人机械手臂；所述控制装置中共使用控制8个比例压力阀(20～27)调节气体介质的压力、流量，采用多个腕关节压力传感器(49)、腕关节角度传感器(48)、肘关节压力传感器(47)、肘关节角度传感器(46)、肩关节II压力传感器(45)、肩关节II角度传感器(44)、肩关节I压力传感器(43)、肩关节I角度传感器(42)分别测量和反馈各自关节的转角和压力信号，以此构成位置闭环反馈控制装置；其特征在于：其连接关系为：触摸屏(64)与Modbus总线(63)电性连接，数据采集控制板(62)分别与气源(33)、气动三联件(32)、A/D(54～61)、D/A(50～53)电性连接；所述D/A(50)、腕关节回路(37)、两位三通电磁阀(28)、比例压力阀(20)、气动肌肉(1)、腕关节(38)顺次电性连接，所述比例压力阀(21)分别与两位三通电磁阀(28)、两位四通电磁阀(17)电性连接，所述气动肌肉(2)分别与两位四通电磁阀(17)、腕关节(38)电性连接，所述气动肌肉(3)分别与两位四通电磁阀(17)、腕关节(38)电性连接，所述气动肌肉(4)分别与比例压力阀(21)、腕关节(38)电性连接；所述D/A(51)、肘关节回路(36)、两位三通电磁阀(29)、比例压力阀(22)、气动肌肉(5)、肘关节(39)顺次电性连接，所述比例压力阀(23)分别与两位三通电磁阀(29)、两位四通电磁阀(18)电性连接，所述气动肌肉(6)分别与两位四通电磁阀(18)、肘关节(39)电性连接，所述气动肌肉(7)分别与两位四通电磁阀(18)、肘关节(39)电性连接，所述气动肌肉(8)分别与比例压力阀(23)、肘关节(39)电性连接；所述D/A(52)、肩关节回路II(35)、两位三通电磁阀(30)、比例压力阀(24)、气动肌肉(9)、肩关节II(40)顺次电性连接，所述比例压力阀(25)分别与两位三通电磁阀(30)、两位四通电磁阀(19)电性连接，所述气动肌肉(10)分别与两位四通电磁阀(19)、肩关节II(40)电性连接，所述气动肌肉(11)分别与两位四通电磁阀(19)、肩关节II(40)电性连接，所述气动肌肉(12)分别与比例压力阀(25)、肩关节II(40)电性连接；所述D/A(53)、肩关节回路I(34)、两位三通电磁阀(31)、比例压力阀(26)、气动肌肉(13)、肩关节I(41)顺次电性连接，所述气动肌肉(14)分别与比例压力阀(26)、肩关节I(41)电性连接，所述比例压力阀(27)分别与两位三通电磁阀(31)、气动肌肉(15、16)电性连接，所述气动肌肉(15)与肩关节I(41)电性连接，所述气动肌肉(16)与肩关节I(41)电性连接；所述腕关节(38)、腕关节角度传感器(48)、A/D(60)顺次电性连接，所述腕关节(38)、腕关节压力传感器(49)、A/D(61)顺次电性连接，所述肘关节(39)、肘关节角度传感器(46)、A/D(58)顺次电性连接，所述肘关节(39)、肘关节压力传感器(47)、A/D(59)顺次电性连接；所述肩关节II(40)、肩关节II角度传感器(44)、A/D(56)顺次电性连接，所述肩关节II(40)、肩关节II压力传感器(45)、A/D(57)顺次电性连接，所述肩关节I(41)、肩关节I角度传感器(42)、A/D(54)顺次电性连接，所述肩关节I(41)、肩关节I压力传感器(43)、A/D(55)顺次电性连接。...
【技术特征摘要】
1.一种新型仿生机械手臂控制装置，所述手臂结构上采用气动肌肉(1～16)作为驱动器，使其由肩关节I(41)、肩关节II(40)、肘关节(39)和腕关节(38)组成的7自由度仿人机械手臂；所述控制装置中共使用控制8个比例压力阀(20～27)调节气体介质的压力、流量，采用多个腕关节压力传感器(49)、腕关节角度传感器(48)、肘关节压力传感器(47)、肘关节角度传感器(46)、肩关节II压力传感器(45)、肩关节II角度传感器(44)、肩关节I压力传感器(43)、肩关节I角度传感器(42)分别测量和反馈各自关节的转角和压力信号，以此构成位置闭环反馈控制装置；其特征在于：其连接关系为：触摸屏(64)与Modbus总线(63)电性连接，数据采集控制板(62)分别与气源(33)、气动三联件(32)、A/D(54～61)、D/A(50～53)电性连接；所述D/A(50)、腕关节回路(37)、两位三通电磁阀(28)、比例压力阀(20)、气动肌肉(1)、腕关节(38)顺次电性连接，所述比例压力阀(21)分别与两位三通电磁阀(28)、两位四通电磁阀(17)电性连接，所述气动肌肉(2)分别与两位四通电磁阀(17)、腕关节(38)电性连接，所述气动肌肉(3)分别与两位四通电磁阀(17)、腕关节(38)电性连接，所述气动肌肉(4)分别与比例压力阀(21)、腕关节(38)电性连接；所述D/A(51)、肘关节回路(36)、两位三通电磁阀(29)、比例压力阀(22)、气动肌肉(5)、肘关节(39)顺次电性连接，所述比例压力阀(23)分别与两位三通电磁阀(29)、两位四通电磁阀(18)电性连接，所述气动肌肉(6)分别与两位四通电磁阀(18)、肘关节(39)电性连接，所述气动肌肉(7)分别与两位四通电磁阀(18)、肘关节(39)电性连接，所述气动肌肉(8)分别与比例压力阀(23)、肘关节(39)电性连接；所述D/A(52)、肩关节回路II(35)、两位三通电磁阀(30)、比例压力阀(24)、气动肌肉(9)、肩关节II(40)顺次电性连接，所述比例压力阀(25)分别与两位三通电磁阀(30)、两位四通电磁阀(19)电性连接，所述气动肌肉(10)分别与两位四通电磁阀(19)、肩关节II(40)电性连接，所述气动肌肉(11)分别与两位四通电磁阀(19)、肩关节II(40)电性连接，所述气动肌肉(12)分别与比例压力阀(25)、肩关节II(40)电性连接；所述D/A(53)、肩关节回路I(34)、两位三通电磁阀(31)、比例压力阀...
【专利技术属性】
技术研发人员：金星宇，
申请(专利权)人：金星宇，
类型：新型
国别省市：辽宁;21
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