一种仿生手系统和控制方法技术方案

本发明专利技术属于机械手技术领域，涉及一种仿生手系统和控制方法。一种仿生手系统，包括主控制端、刚柔仿生手以及从控制端；主控制端包括数据手套、便携式计算机、近端自组网设备，从控制端包括气泵、正负压控制箱、远端自组网设备；数据手套用于实时采集人手部每个关节弯曲的数据并传送给便携式计算机，然后通过近端自组网设备将控制指令传送给远端自组网设备，气泵与正负压控制箱连接，正负压控制箱接收远端自组网设备的信息，并控制气泵给刚柔仿生手打气或者抽气，从而控制刚柔仿生手。本发明专利技术可以遥操作控制仿生手代替人手在非结构化的危险环境下完成复杂任务以保障工作人员的安全，同时提高了气动驱动仿生手的动作精度和响应速度。提高了气动驱动仿生手的动作精度和响应速度。提高了气动驱动仿生手的动作精度和响应速度。

【技术实现步骤摘要】
一种仿生手系统和控制方法


[0001]本专利技术属于机械手
，涉及一种仿生手系统和控制方法。

技术介绍

[0002]随着科学技术的快速发展，仿生机械手不断涌现，可以通过控制仿生手实现各种灵巧动作从而完成复杂的操作任务。现存的机械手驱动方式中，气动仿生机械手的执行器性能优秀，而且气动系统对外部环境要求较低，可以满足在非结构化环境中下的作业需求。但是气动驱动仿生手控制精度较低，而且撤去气压时，响应速度较慢，仿生手不能及时做出下一个灵巧动作，大大影响仿生手的效率性能。同时现存的机械控制缺乏遥操作控制功能，遥操作系统能够使得工作人员在安全场所远距离操作仿生手执行复杂任务。

技术实现思路

[0003]为了克服上述现有技术中存在的问题，本专利技术提出一种仿生手系统和控制方法，可以遥操作控制仿生手代替人手在非结构化的危险环境下完成复杂任务以保障工作人员的安全，同时提高了气动驱动的仿生手动作精度和响应速度。
[0004]本专利技术解决上述问题的技术方案是：
[0005]一种仿生手系统，其特殊之处在于：
[0006]包括主控制端、刚柔仿生手以及从控制端；
[0007]主控制端包括数据手套、便携式计算机、近端自组网设备，从控制端包括气泵、正负压控制箱、远端自组网设备；
[0008]数据手套用于实时采集操作人员手部每个关节弯曲的数据并传送给便携式计算机，便携式计算机处理数据后转换为控制指令，通过近端自组网设备将控制指令传送给远端自组网设备，
[0009]气泵与正负压控制箱连接，正负压控制箱接收远端自组网设备的信息，并根据控制指令控制气泵给刚柔仿生手的波纹管执行器打气或者抽气，从而实现控制刚柔仿生手。
[0010]进一步地，上述主控制端还包括人机交互界面，便携式计算机将数据手套的数据在人机交互界面上显示。
[0011]进一步地，上述自组网设备与远端自组网设备采取的通信协议是TCP/IP协议进行通信。
[0012]进一步地，上述气泵包括微型打气泵和微型抽气泵；
[0013]正负压控制箱包括正负压驱动器、正压表、负压表和输入输出模块；正负压驱动器包括正压比例阀、负压比例阀、电控选择阀以及脉冲触发开关控制模块；
[0014]微型打气泵和微型抽气泵分别与正压表、负压表连接，正压表另一端与正压电磁比例阀连接，负压表另一端与负压电磁比例阀连接，正压电磁比例阀和负压电磁比例阀的输出气管都与电控选择阀连接，正压电磁比例阀和负压电磁比例阀的控制线都与输入输出模块连接，脉冲触发开关控制模块的信号线与输入输出模块连接，电控选择阀的电源线与
脉冲触发控制模块连接，电控选择阀的输出气管与波纹管执行器连接。
[0015]进一步地，还包括电源，电源用于给微型打气泵、微型抽气泵、输入输出模块供电。
[0016]进一步地，上述输入输出模块包括若干个输出引脚，每两个输出引脚与一个正负压驱动器连接，每个正负压驱动器的输出气管与一个执行器连接。
[0017]进一步地，上述输入输出模块包括十个AI通道和十个AO通道。
[0018]进一步地，上述包括手掌一和手掌二，手掌一和手掌二通过手掌转动连接部分连接形成转动副，拇指与手掌一通过拇指转动连接部分连接形成转动副；
[0019]所述手掌一和手掌二分别具有掌心侧和手背侧；所述手掌转动连接部分包括转轴、波纹管驱动器执行器和两个拉簧，手掌一和手掌二通过转轴铰接，所述波纹管驱动器执行器的两端分别通过固定件与手掌一和手掌二的手背侧连接，两个拉簧位于波纹管驱动器执行器的两侧，两个拉簧的两端分别固定在手掌一和手掌二上的手背侧；所述波纹管驱动器执行器两端密封，其上连接有气管；
[0020]所述拇指转动连接部分包括转轴、波纹管驱动器执行器和两个拉簧，拇指与手掌一通过转轴铰接，所述波纹管驱动器执行器的两端分别通过固定件与拇指和手掌一的手背侧连接，两个拉簧位于波纹管驱动器执行器的两侧，两个拉簧的两端分别固定在拇指上与手掌一的手背侧；所述波纹管驱动器执行器两端密封，其上连接有气管；
[0021]所述拇指包括连接指节、第一指节和第二指节；连接指节用于和转动连接部分的波纹管驱动器执行器和两个拉簧连接，第一指节和连接指节连接，第二指节与第一指节通过转轴铰接，所述转轴上套设扭簧，第二指节与第一指节内设有小孔，扭簧的两端分别插入第二指节与第一指节的小孔内；第二指节与第一指节设有波纹管驱动器执行器，所述波纹管驱动器执行器的两端分别通过固定件与第二指节和第一指节连接，所述波纹管驱动器执行器两端密封，其上连接有气管。
[0022]进一步地，上述手掌一和手掌二上分别至少连接一个手指结构；所述手指结构包括第一指节和第二指节，第一指节通过转轴与手掌上的凸台铰接，所述转轴上套设扭簧，第二指节与第一指节内设有小孔，扭簧的两端分别插入第二指节与第一指节的小孔内；第一指节与手掌之间设有波纹管驱动器执行器，波纹管驱动器执行器的两端分别通过固定件与第一指节和手掌连接；第一指节通过转轴与第二指节铰接，第一指节与第二指节之间设有波纹管驱动器执行器，波纹管驱动器执行器的两端分别通过固定件与第一指节和第二指节连接；两个波纹管驱动器执行器的两端均密封，其上均连接有气管。
[0023]另外，本专利技术还提出一种上述仿生手系统的控制方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
[0024]S1、通过数据手套获取人手每个关节角度数据并发送给便携式计算机，便携式计算机处理数据后转换为控制指令，通过近端自组网设备将控制指令传送给远端自组网设备，远端自组网设备通过输入输出模块进行通信；同时，便携式计算机将数据手套的数据在人机交互界面上显示；
[0025]S2、当数据手套获取到操作人员手未进行动作或者动作微小时，人机交互界面显示人手角度均为零，便携式计算机发出的控制指令为：对应驱动器的正压比例阀输入信号电压为0，负压比例阀输入一定的信号电压；使得正压电磁比例阀不工作，负压比例阀输出一定的负压，脉冲触发开关控制模块输出低电平，电控选择阀未接通，输出负压，刚柔仿生
手的波纹管执行器内为负压，执行器收缩，刚柔仿生手张开；
[0026]S3、当数据手套获取到操作人员手部某一关节角度大于一定阈值时，将其作为控制信号通过自组网设备传输给输入输出模块，输入输出模块控制正压电磁比例阀输出相应比例的正压，负压比例阀不工作，同时控制脉冲触发开关控制模块输出高电平，电控选择阀接通，输出正压，刚柔仿生手对应关节的波纹管执行器内为正压，执行器弯曲膨胀，刚柔仿生手进行相应的动作；
[0027]S4、当数据手套获取到操作人员做完上一动作恢复手部初始状态时，便携式计算机发出控制指令，将其作为控制信号通过自组网设备传输给输入输出模块，输入输出模块控制电控选择阀再次断开，波纹管执行器输出切换为负压，使得刚柔仿生手也迅速恢复到初始状态，等待下一动作。
[0028]与现有技术相比，本专利技术的仿生手系统和控制方法的显著优点是：
[0029]本专利技术的仿生手系统和控制方法是通过本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种仿生手系统，其特征在于：包括主控制端(200)、刚柔仿生手(300)以及从控制端(400)；主控制端(200)包括数据手套(21)、便携式计算机(22)、近端自组网设备(24)，从控制端(400)包括气泵(41)、正负压控制箱(43)、远端自组网设备(44)；数据手套(21)用于实时采集操作人员手部每个关节弯曲的数据并传送给便携式计算机(22)，便携式计算机(22)处理数据后转换为控制指令，通过近端自组网设备(24)将控制指令传送给远端自组网设备(44)；气泵(41)与正负压控制箱(43)连接，正负压控制箱(43)接收远端自组网设备(44)的信息，并根据控制指令控制气泵(41)给刚柔仿生手(300)的波纹管执行器(31)打气或者抽气，从而实现控制刚柔仿生手(300)。2.根据权利要求1所述的一种仿生手系统，其特征在于：主控制端(200)还包括人机交互界面(23)，便携式计算机(22)将数据手套(21)的数据在人机交互界面(23)上显示。3.根据权利要求2所述的一种仿生手系统，其特征在于：近端自组网设备(24)与远端自组网设备(44)采取的通信协议是TCP/IP协议进行通信。4.根据权利要求3所述的一种仿生手系统，其特征在于：气泵(41)包括微型打气泵(411)和微型抽气泵(412)；正负压控制箱(43)包括正负压驱动器(421)、正压表(403)、负压表(404)和输入输出模块(406)；正负压驱动器(421)包括正压电磁比例阀(407)、负压电磁比例阀(408)、电控选择阀(410)以及脉冲触发开关控制模块(409)；微型打气泵(411)和微型抽气泵(412)分别与正压表(403)、负压表(404)连接，正压表(403)另一端与正压电磁比例阀(407)连接，负压表(404)另一端与负压电磁比例阀(408)连接，正压电磁比例阀(407)和负压电磁比例阀(408)的输出气管都与电控选择阀(410)连接，正压电磁比例阀(407)和负压电磁比例阀(408)的控制线都与输入输出模块(406)连接，脉冲触发开关控制模块(409)的信号线与输入输出模块(406)连接，电控选择阀(410)的电源(42)线与脉冲触发控制模块连接，电控选择阀(410)的输出气管与波纹管执行器(31)连接。5.根据权利要求4所述的一种仿生手系统，其特征在于：还包括电源(42)，电源(42)用于给微型打气泵(411)、微型抽气泵(412)、输入输出模块(406)供电。6.根据权利要求5所述的一种仿生手系统，其特征在于：输入输出模块(406)包括若干个输出引脚，每两个输出引脚与一个正负压驱动器(421)连接，每个正负压驱动器(421)的输出气管与一个执行器连接。7.根据权利要求6所述的一种仿生手系统，其特征在于：输入输出模块(406)包括十个AI通道和十个AO通道。8.根据权利要求7所述的一种仿生手系统，其特征在于：包括手掌一(10)和手掌二(4)，手掌一(10)和手掌二(4)通过手掌转动连接部分(6)连接形成转动副，拇指(11)与手掌一(10)通过拇指转动连接部分(8)连接形成转动副；所述手掌一(10)和手掌二(4)分别具有掌心侧和手背侧；所述手掌转动连接部分(6)包括转轴、波纹管驱动器执行器和两个拉簧，手掌一(10)和手掌二(4)通过转轴铰接，所述波纹管驱动器执行器的两端分别通过固定件与手掌一(10)和手掌二(4)的手背侧连接，两个
拉簧位于波纹管驱动器执行器的两侧，两个拉簧的两端分别固定在手...

【专利技术属性】
技术研发人员：李敏，张超宙，何博，徐光华，谢俊，李晓玲，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：