气动供压系统及其驱动方法、软体机器人技术方案

本发明专利技术涉及一种气动供压系统及其驱动方法、软体机器人。气动供压系统包括伺服机构；气缸，气缸包括缸体以及活塞杆，活塞杆的一端深入缸体以形成腔室，另一端从缸体突出且与伺服机构的输出端连接；气压传感器，气压传感器与腔室连通，气压传感器配置为检测腔室的当前气压并发出气压信号；位移传感器，位移传感器配置为检测活塞杆在缸体内的当前位置并发出第一位置信号；以及第一控制器，第一控制器与气压传感器、位移传感器以及伺服机构电连接，第一控制器配置为接收气压信号和第一位置信号，并根据公式得出表征有活塞杆在缸体内的期望位置的第二位置信号。伺服机构配置为根据第二位置信号驱动输出端直线运动，以使活塞杆达到期望位置。期望位置。期望位置。

【技术实现步骤摘要】
气动供压系统及其驱动方法、软体机器人


[0001]本专利技术涉及软体机器人
，特别是涉及一种气动供压系统及其驱动方法、软体机器人。

技术介绍

[0002]供压系统被广泛应用于软体机器人领域。软体机器人通常通过导气管与供压系统连接。软体机器人受到供压系统的控制，从而改变其内部的气压，进而依靠其内腔与环境的气压差产生动作。此类应用领域通常要求供压系统有尽可能快的响应速度和尽可能高的响应精度。
[0003]通常，供压系统由PID控制算法来控制气压。PID控制算法虽然有很高的精度和稳定性，但其算法本身具有一定的延迟性。PID控制算法本身是对输入值与输出值的差值进行不断校正的过程，这个算法过程存在较大的响应时间。另外，供压系统的动态模型为非线性模型，而PID控制算法适用于线性系统，二者之间不匹配，从而可能导致供压系统失效，影响响应精度。

技术实现思路

[0004]基于此，本申请实施例提出一种气动供压系统及其驱动方法、软体机器人，以利于提高控制气压的响应速度和响应精度。
[0005]根据本申请的第一方面，提出一种气动供压系统，包括：
[0006]伺服机构；
[0007]气缸，所述气缸包括缸体以及活塞杆，所述活塞杆的一端深入所述缸体以形成腔室，另一端从所述缸体突出且与所述伺服机构的输出端连接，所述缸体上设置有与所述腔室连通的第一通孔，所述第一通孔与外部负载连通；
[0008]气压传感器，所述气压传感器与所述腔室连通，所述气压传感器配置为检测所述腔室的当前气压并发出气压信号；
[0009]位移传感器，所述位移传感器配置为检测所述活塞杆在所述缸体内的当前位置并发出第一位置信号；以及
[0010]第一控制器，所述第一控制器与所述气压传感器、所述位移传感器以及所述伺服机构电连接，所述第一控制器配置为接收所述气压信号和所述第一位置信号，并根据公式得出表征有所述活塞杆在所述缸体内的期望位置的第二位置信号，所述公式为：
[0011][0012]其中，P
ts
为所述腔室的当前气压；P
ds
为外部负载的期望气压；L
ts
为所述活塞杆在所述缸体内的当前位置；L
ds
为所述活塞杆在所述缸体内的期望位置；k为气体的比热比；
[0013]所述伺服机构配置为根据所述第二位置信号驱动输出端直线运动，以使所述活塞
杆达到所述期望位置。
[0014]本申请的气动供压系统，未使用PID控制算法进行气压控制，而是基于理想气体绝热变化方程，使用了一种新的气压控制算法。通过该气压控制算法，使得外部负载的任意一个期望气压都有一个期望位置对应，从而可以使活塞杆快速到达指定位置，使外部负载实现动作变化。也就是说，本申请提出的气压控制算法通过直接计算气缸活塞位置，有利于消除PID控制算法的延迟作用，同时也可以直接涵盖所有范围气压信号的控制，无需再调整最优参数，进而有利于提高控制的响应速度和响应精度。
[0015]在一些实施例中，所述伺服机构包括滚珠丝杠伺服机构、同步带伺服机构、直线电机伺服机构中的一种。
[0016]在一些实施例中，所述伺服机构包括第二控制器以及与所述第二控制器电连接的输出部；
[0017]所述第一控制器与所述第二控制器电连接，所述活塞杆的另一端与所述伺服机构的输出部连接；
[0018]所述第二控制器配置为接收所述第二位置信号，并控制所述输出部直线运动，以使所述活塞杆达到所述期望位置。
[0019]在一些实施例中，所述位移传感器位于所述伺服机构中。
[0020]在一些实施例中，所述位移传感器设置在所述气缸中且与所述活塞杆连接。
[0021]在一些实施例中，所述位移传感器包括磁致伸缩位移传感器、电位器式位移传感器、霍耳式位移传感器、光电式位移传感器、超声波测距传感器中的一种。
[0022]根据本申请的第二方面，提出一种气动供压系统的驱动方法，包括：
[0023]获取表征有所述腔室当前气压信息的气压信号；
[0024]获取表征有所述活塞杆在所述缸体内的当前位置信息的第一位置信号；
[0025]预设所述负载的期望气压；
[0026]根据所述公式得到表征有所述活塞杆在所述缸体内的期望位置信息的第二位置信号；
[0027]根据所述第二位置信号驱动所述伺服驱动装置的输出端直线运动，以使所述活塞杆达到所述期望位置。
[0028]根据本申请的第二方面，提出一种软体机器人。软体机器人包括机器人本体以及第一方面所述的气动供压系统，所述第一通孔与所述机器人本体连通。
[0029]在一些实施例中，所述气动供压系统以及所述机器人本体的内部气体的比热比k和气体常数R大于空气。
[0030]在一些实施例中，所述内部气体包括氢气、氦气中的至少一种。
附图说明
[0031]图1为本申请实施例的气动供压系统的结构示意图；
[0032]图2为使用PID控制算法控制气动供压系统气压的仿真结果图；
[0033]图3为使用本申请实施例的控制算法控制图2中的气动供压系统气压的仿真结果图；
[0034]图4为本申请实施例的气动供压系统的驱动方法流程图；
[0035]图5为本申请实施例的使用空气作为气动供压系统以及外部负载的内部气体的气压响应时间曲线与使用氦气作为气动供压系统以及外部负载的内部气体的气压响应时间曲线的对比示意图。
具体实施方式
[0036]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术。但是本专利技术能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似改进，因此本专利技术不受下面公开的具体实施例的限制。
[0037]在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、t右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。
[0038]此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本专利技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0039]在本专利技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种气动供压系统，其特征在于，包括：伺服机构；气缸，所述气缸包括缸体以及活塞杆，所述活塞杆的一端深入所述缸体以形成腔室，另一端从所述缸体突出且与所述伺服机构的输出端连接，所述缸体上设置有与所述腔室连通的第一通孔，所述第一通孔与外部负载连通；气压传感器，所述气压传感器与所述腔室连通，所述气压传感器配置为检测所述腔室的当前气压并发出气压信号；位移传感器，所述位移传感器配置为检测所述活塞杆在所述缸体内的当前位置并发出第一位置信号；以及第一控制器，所述第一控制器与所述气压传感器、所述位移传感器以及所述伺服机构电连接，所述第一控制器配置为接收所述气压信号和所述第一位置信号，并根据公式得出表征有所述活塞杆在所述缸体内的期望位置的第二位置信号，所述公式为：其中，P
ts
为所述腔室的当前气压；P
ds
为外部负载的期望气压；L
ts
为所述活塞杆在所述缸体内的当前位置；L
ds
为所述活塞杆在所述缸体内的期望位置；k为气体的比热比；所述伺服机构配置为根据所述第二位置信号驱动输出端直线运动，以使所述活塞杆达到所述期望位置。2.根据权利要求1所述的气动供压系统，其特征在于，所述伺服机构包括滚珠丝杠伺服机构、同步带伺服机构、直线电机伺服机构中的一种。3.根据权利要求1所述的气动供压系统，其特征在于，所述伺服机构包括第二控制器以及与所述第二控制器电连接的输出部；所述第一控...

【专利技术属性】
技术研发人员：王怡昕，赵慧婵，刘辛军，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：