软体机械臂制造技术

本实用新型专利技术提供一种软体机械臂。所述软体机械臂包含设置在软体臂体的凹槽中的霍尔传感器和永磁体，在软体臂体弯曲时检测软体臂体的姿态。通过将霍尔传感器嵌入软体机械臂中，实现了机械臂的位姿的精确反馈。该方案结构简单，成本低，耐用性强，可以此为基础实现多个机械臂串联和并联方式的精确控制。

【技术实现步骤摘要】
软体机械臂
本技术涉及软体机器人
，具体涉及一种软体机械臂。
技术介绍
与传统机器人结构由刚性连杆和关节组成不同，软体机器人由于身体采用柔性材料例如硅胶、PDMS、橡胶等制成，其身体很容易产生变形，这赋予了软体机器人高度的灵活性以及与人接触的时候安全性，因此软体机器人可以应用于例如与人互动的家庭服务机器人、穿越复杂或者狭窄环境的移动机器人等大量场合。然而，正是由于其身体的柔软性，软体机器人的身体理论上具有无限多个自由度，给软体机器人的位形控制带来了很大困难。已有的软体机器人一般采用外部视觉确定机器人的位姿，进行反馈控制，然而外部视觉在狭窄空间使用受限，另外视觉方式的时间成本以及硬件成本也相对较高。因此，软体机器人的位姿的精确传感对软体机器人的应用非常重要的。对于精确测定软体机器人位姿以用于准确控制软体机器人的装置，仍存在着需要。
技术实现思路
为达到以上目的，本技术的一个方面提供了一种软体机械臂，其包括：软体臂体，所述软体臂体的外表面上具有一个或多个垂直于所述软体臂体长度方向的凹槽，所述凹槽具有垂直于所述软体臂体长度方向的两个槽壁，所述一个或多个凹槽分为一个或多个沿所述软体臂体长度方向排列的组；一个或多个霍尔传感器，所述霍尔传感器嵌入所述软体臂体中，并且暴露至凹槽的一个槽壁；与所述一个或多个霍尔传感器一一配对的一个或多个永磁体，所述永磁体嵌入所述软体臂体中，并且暴露至对应的霍尔传感器所在凹槽的相对的槽壁；一个或多个在软体臂体长度方向上贯穿所述软体臂体的致动器，所述致动器中的每一个与所述一个或多个凹槽不相交，所述致动器可以带动所述软体臂体弯曲。优选地，所述软体机械臂还包括控制器，所述控制器根据由所述霍尔传感器检测的霍尔电势的反馈控制所述致动器的运动。优选地，所述致动器中的每一个与一组凹槽处于相对于所述软体臂体的轴线基本上相反的径向方向上。优选地，所述软体机械臂包含仅一个霍尔传感器。优选地，所述软体机械臂包含多个霍尔传感器，所述多个霍尔传感器位于在同一软体臂体长度上的不同组的凹槽中。优选地，所述软体机械臂包含多个霍尔传感器，所述多个霍尔传感器位于在不同软体臂体长度上的不同组的凹槽中。优选地，所述凹槽分成三个沿所述软体臂体长度方向排列的、围绕所述软体臂体的轴线均匀分布的组，并且所述软体机械臂包含三个霍尔传感器，所述三个霍尔传感器位于处于同一软体臂体长度上的三个凹槽中。优选地，所述致动器是形状记忆合金弹簧。优选地，所述软体机械臂还包括在软体臂体长度方向上贯穿所述软体臂体的柔性中心柱，所述柔性中心柱的刚性大于所述软体臂体的刚性。优选地，所述永磁体刚性连接到所述柔性中心柱。优选地，所述霍尔传感器刚性连接到所述柔性中心柱。优选地，所述柔性中心柱具有中空通道，并且所述霍尔传感器的输入线和输出线通过所述通道连接到所述软体机械臂外部。通过将霍尔传感器嵌入软体机械臂中，实现了机械臂的位姿的精确反馈。该方案结构简单，成本低，耐用性强，可以此为基础实现多个机械臂串联和并联方式的精确控制。附图说明图1为根据本技术的一个实施方案的软体机械臂的结构示意图；图2为根据本技术的一个实施方案的软体机械臂的弯曲状态示意图；图3为根据本技术的一个实施方案的霍尔传感器和永磁体在弯曲状态的放大图。具体实施方式本技术的目的在于通过使用霍尔传感器，获取软体机器臂的位姿。进而实现软体机械臂的运动控制。设计结构简单、低廉成本，反馈精度高，实现了对软体机械臂的实时、有效控制。本技术提供的软体机械臂包括：软体臂体，所述软体臂体的外表面上具有一个或多个垂直于所述软体臂体长度方向的凹槽，所述凹槽具有垂直于所述软体臂体长度方向的两个槽壁，所述一个或多个凹槽分为一个或多个沿所述软体臂体长度方向排列的组；一个或多个霍尔传感器，所述霍尔传感器嵌入所述软体臂体中，并且暴露至凹槽的一个槽壁；与所述一个或多个霍尔传感器一一配对的一个或多个永磁体，所述永磁体嵌入所述软体臂体中，并且暴露至对应的霍尔传感器所在凹槽的相对的槽壁；一个或多个在软体臂体长度方向上贯穿所述软体臂体的致动器，所述致动器中的每一个与所述一个或多个凹槽不相交，并且与一组凹槽处于相对于所述软体臂体的轴线基本上相反的径向方向上，所述致动器可以带动所述软体臂体弯曲。软体臂体由柔性材料制成，其可以为硅胶、橡胶、PDMS、水凝胶等不同的柔性材料。虽然对软体臂体的具体形状没有特别的要求，但一般地，软体臂体是长形的，并且具有明显的长度方向。例如，软体臂体可以为圆柱体，圆锥体，多棱柱体等形状。该软体臂体的主要动作方式是在其长度方向所在的平面内弯曲。垂直于软体臂体长度方向的凹槽的作用是使得软体臂体易于弯曲，并且为霍尔传感器提供较大的位移。所述凹槽具有两个垂直于软体臂体长度方向的槽壁。当软体臂体弯曲时，同一凹槽的两个槽壁之间的距离会发生变化。软体臂体上可以有一个或多个凹槽，并且凹槽可以分为一个或多个组(列)，每组凹槽沿软体臂体长度方向排列。在最简单的情况下，软体机械臂可以仅有一个凹槽。在每一组中，凹槽之间的间隔可以是相同的或不同的。各组凹槽可以围绕软体机械臂的中央均匀环绕，也可以不均匀环绕。也就是说，凹槽的组数(列数)以及每列所开凹槽的数目可变。优选各组凹槽围绕所述软体臂体的轴线均匀分布。凹槽的厚薄，也就是上述两个槽壁之间的距离根据磁钢所提供的磁场强度随距离的变化以及霍尔传感器可以感受的磁场强度决定，根据机械臂的尺寸以及选用霍尔传感器以及永磁体的大小有所不同。例如，在后述的实施例中，凹槽可以为2mm。软体臂体的中心可以安装一个刚度较大的柔性中心柱作为中心。柔性中心柱的材料可以是弹簧、硅胶、橡胶、PDMS等材料。柔性中心柱为软体臂体和霍尔传感器提供支架。其沿长度方向贯穿软体臂体，但不必须位于软体臂体的正中心。其提供额外的优势，包括提高软体机械臂的强度、可用于固定霍尔传感器或永磁体、以及提供线路通道。其同样可以为圆柱体，圆锥体，多棱柱体等形状。作为霍尔传感器，典型地使用线性霍尔传感器。当软体机械臂弯曲弯曲时，凹槽的槽壁间距发生变化，引起霍尔传感器与永磁体之间相对位置的变化。霍尔传感器暴露至凹槽的一个槽壁，和与之配对的永磁体相对。永磁体可以是钕铁硼，铝镍钴等合金永磁材料，铁氧体永磁材料等。霍尔传感器和永磁体均暴露至凹槽的槽壁，优选基本上与凹槽的槽壁平齐。致动器安置在各组凹槽之间，在软体臂体长度方向上贯穿所述软体臂体的致动器。一般地，致动器通过本身的伸缩变形，来带动软体臂体发射弯曲。致动器与凹槽不相交，以避免影响凹槽的变形。致动器优选安装在与一组凹槽处于相对于所述软体臂体的轴线相反的径向方向上。也就是说，致动器的轴向，软体臂体的轴向(在有柔性中心柱的情况下一般也是柔性中心柱的中轴)和一组凹槽沿软体臂体长度方向的取向基本上处于一个平面上。或者说，致动器与一组凹槽基本上相对于中心轴从角度上说是轴对称的，但距离轴的距离可以不同。这样，当致动器伸长或缩短时，与其对应的位于软体臂体的轴线相反一侧的一组凹槽的存在使得软体臂体能够弯曲，并导致该组凹槽的槽壁之间的相对位置的变化。致动器这样的布置使得机械臂的弯曲容易预期并易于建模计算。当上述软体机械臂弯曲时，位于凹槽槽壁上的配对的霍尔传感器与永磁体的相对位置本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种软体机械臂，所述软体机械臂包括：软体臂体，所述软体臂体的外表面上具有一个或多个垂直于所述软体臂体长度方向的凹槽，所述凹槽具有垂直于所述软体臂体长度方向的两个槽壁，所述一个或多个凹槽分为一个或多个沿所述软体臂体长度方向排列的组；一个或多个霍尔传感器，所述霍尔传感器嵌入所述软体臂体中，并且暴露至凹槽的一个槽壁；与所述一个或多个霍尔传感器一一配对的一个或多个永磁体，所述永磁体嵌入所述软体臂体中，并且暴露至对应的霍尔传感器所在凹槽的相对的槽壁；一个或多个在软体臂体长度方向上贯穿所述软体臂体的致动器，所述致动器中的每一个与所述一个或多个凹槽不相交，所述致动器可以带动所述软体臂体弯曲。

【技术特征摘要】
1.一种软体机械臂，所述软体机械臂包括：软体臂体，所述软体臂体的外表面上具有一个或多个垂直于所述软体臂体长度方向的凹槽，所述凹槽具有垂直于所述软体臂体长度方向的两个槽壁，所述一个或多个凹槽分为一个或多个沿所述软体臂体长度方向排列的组；一个或多个霍尔传感器，所述霍尔传感器嵌入所述软体臂体中，并且暴露至凹槽的一个槽壁；与所述一个或多个霍尔传感器一一配对的一个或多个永磁体，所述永磁体嵌入所述软体臂体中，并且暴露至对应的霍尔传感器所在凹槽的相对的槽壁；一个或多个在软体臂体长度方向上贯穿所述软体臂体的致动器，所述致动器中的每一个与所述一个或多个凹槽不相交，所述致动器可以带动所述软体臂体弯曲。2.根据权利要求1所述的软体机械臂，其特征在于：所述软体机械臂还包括控制器，所述控制器根据由所述霍尔传感器检测的霍尔电势的反馈控制所述致动器的运动。3.根据权利要求1所述的软体机械臂，其特征在于：所述致动器中的每一个与一组凹槽处于相对于所述软体臂体的轴线基本上相反的径向方向上。4.根据权利要求1所述的软体机械臂，其特征在于：所述软体机械臂包含仅一个霍尔传感器。5.根据权利要求1所述的软体机械臂，其特征在于：所述软体机械臂...

【专利技术属性】
技术研发人员：张世武，许旻，杨浩，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：新型
国别省市：安徽,34