人造肌肉和仿真机器人制造技术

人造肌肉和仿真机器人。本发明专利技术属于，仿生机器。用于模仿生物体肢体的各种运动和平衡状态。其中涉及到，仿真“肌肉”和肢体控制系统，还有仿真视觉系统。通过对《智能步进电机的驱动电路》的改进，使“人造肌肉”具有了，生物体内骨骼肌的全部功能，用它制作机器人，可以使机器人活动自如，这种机器人的灵活、反应速度快。为机器人设计的视觉系统，有测距功能，还可以实现测速、测位和测物体间距等功能，而且不仅只用在机器人上。肢体控制系统利用上述两种器材的优点，实现了肢体动、静平衡的自动化控制。

【技术实现步骤摘要】
人造肌肉和仿真机器人本专利技术属于，机电一体化的自动化元件和仿生机器。它涉及到，仿真“肌肉”和机器人的肢体控制系统，还有仿真视觉系统。它可以模仿生物体肢体的各种活动和平衡状态。现有机器人的肢体运动，是依靠控制电机或气压、液压系统的运动实现的。仿真型机器人多采用步进电机加变速器来完成。如专利技术专利0181903.3，这种结构使机器人的运动迟缓，不灵活，控制平衡的能力交差。人类的视觉系统是为肢体运动提供重要信息的器官，没有视觉系统，仿真机器人肢体运动，很难实现自动化。在视觉系统中，测距功能与肢体运动的关系最为重要。现有仿真机器人的视觉系统还不完善，如专利技术专利03 124756.3中提供的《仿人多自由度立体双目视觉装置》它没有测距、调焦的功能。本专利技术的目的是：为仿生机器提供一种“人造肌肉”，和肢体控制系统，还有视觉测距系统。利用肢体控制系统和人造肌肉，实现机器人动、静平衡的自动化控制。使仿真机器人活动自如，能模仿人类的各种动作。视觉测距系统，能够引导机器人肢体运动。本专利技术的目的是这样实现的：第一是提供一种“人造肌肉”。1、用《薄片线线圈》(申请号：2004100007204)，做《永磁式简易步进电机》(申请号：02100723.3)的线圈，用改进后的《智能步进电机的驱动电路》(申请号：03128790.5)作为电机的驱动电路，它们组成“人造肌肉”。“人造肌肉”是由步进电机和数字电路组成，它的状态随时可以在数字电-->路中读出，并可以提供给更高一级的控制器。这一点如同动物肌肉中的本体感受器——“肌梭”的功能相同，它能随时提供肌肉拉伸状态。2、改进后的电压控制电路是：用电压比较器比较电机线管与D/A转换器输出端的电压，比较的结果，用来控制计数器的计数方向，计数器的输出分两路：低位信号送入D/A转换器，组成电压控制电路；高位信号送入译码器，译码后送入多路控制电路和最大阻力限制监控电路。改进后的电压控制电路，是由电压比较器、D/A转换器、计数器、译码器组成。电机遇到阻力后，线圈内产生的电压变化，通过电压比较器、计数器、D/A转换器实现电压自动控制和最低耗能。通过对电机驱动电路的改进，使“人造肌肉”具有本体感受器——腱梭的功能。3、增加一个唤醒电路：在电机线管上抽出一个电极，连接在电压比较器上，把电压比较器的参考电压设为零，使其成为过零检测器，输出端用来控制电源开关。它的作用是：在“人造肌肉”断电休息时，电机中永磁体动子在线管内如果被外力推动，必定会使线管切割磁力线，产生感生电流，用电极把这个电流引出，送入由电压比较器制成的过零检测器，电压比较器的输出端，连接电源的控制端，用于唤醒“人造肌肉”。该电路在“人造肌肉”断电是有效。这一部分电路的主要目的是：为保证电机中动子的位置与电路中的数字一致。至此“人造肌肉”就具备了生物体内，骨骼肌的全部运动功能。下面将“人造肌肉”与生物体内骨骼肌的功能作一比较。生物体的骨骼肌是带动骨骼运动的肌肉，在骨骼肌内有一种器官，叫做本体感受器，它们分别叫做肌梭和腱梭。肌梭是一种长度感受器，对肌肉所处的伸缩状态信息提供反-->馈。腱梭是一种张力感受器，能提供与肌肉本身的静止张力和张力改变有关的信息。它们相互作用的关系是：当肌肉受到牵拉时，首先兴奋肌梭，引起反射活动，导致受牵拉的肌肉收缩以对抗牵拉，当牵拉的力量进一步加大时，则可兴奋腱梭，抑制该肌肉收缩，以避免被牵拉的肌肉损伤。在“人造肌肉”中，电机的动子在受到外力牵拉时，通过电压控制电路，提高电机的驱动电压，对抗外力的牵拉。如果外力继续增大，电压控制电路中的译码器，会打开多路控制开关电路、以及最大阻力限制监控电路，对抗更大的外力。最大阻力限制监控电路，可以设定“人造肌肉”或一组电机所能抵御的最大外力，超过时，“人造肌肉”反向运动，或采取其他的方法，来避免过大的外力损伤电机，这一部分电路的功能如同腱梭。本专利技术利用《永磁式简易不进电机》和《薄片线线圈》的优点，经过对《智能步进电机的驱动电路》改进，使“人造肌肉”具有了生物体内骨骼肌的功能。第二是提供仿真机器人的控制系统。4、控制系统用来处理视觉、嗅觉、听觉等与肢体运动相关的信息，以及根据“人造肌肉”中，最大阻力限制监控电路提供的，方位和力度信息，在存储器中提取各种肢体状态和运动程序代码，通过平衡控制系统、电压同步控制系统，控制机器人的动静平衡和肢体的协调运动。“人造肌肉”内的控制器，它包括电机驱动电路中的全部内容，它的作用是执行运动指令；为保持“人造肌肉”原来的运动或平衡状态抵御外力；向上一级控制器，提供受力的大小和方向等信息。5、平衡控制系统：由比较器与驱动程序组成，在机器人运动方向相对应的两块“人造肌肉”之间，(它们的关系是：当一块肌肉伸展时，另一块肌肉必须-->收缩。)设置一个数字比较器，连接在电压控制电路中，用来比较计数器输出端的数字大小，当两块“人造肌肉”受到的力大小或方向不等时，比较器向控制系统发出信号，控制系统根据信息来自的位置，取出相应的程序，控制机器人的平衡。平衡控制系统，通过比较器，监视两块“人造肌肉”用力大小的关系，发现两块“人造肌肉”受力的大小不等，就向控制系统发出信号，通过控制系统提供的相应的程序来控制平衡，程序的内容是：驱动“人造肌肉”迎着受力方向运动，直到比较器不再发出信号。6、电压同步控制系统：用一块“人造肌肉”的计数器数据输入端的数字信号，通过控制系统，控制另一块“人造肌肉”的计数器数据输入端，使其同步变幻，但数据可以有差别，两块“人造肌肉”一个主一个从，从遂主变。这一部分是靠程序控制和接口实现的。主要用在机器人抓取物品时，手臂肌肉与手指肌肉的之间的力度的关系。在机器人抓取物品时，控制手臂运动的“人造肌肉”是主，控制手指运动的“人造肌肉”是从。物品越重提起手臂时用的力越大，手臂用的力增大，控制手指运动的“人造肌肉”用的力也随之增大。这个电路可以使抓铅球时脱手和抓碎鸡蛋的事不会发生。第三视觉系统。7、轴承固定在机器人的头上或身上，物镜架固定在滑竿上，与轴连接，且可以横向转动，摄像头固定架，可以在滑竿上滑动，“人造肌肉”用一个轴固定在滑竿上，它用伸缩控制两个滑竿之间的角度，(同时也控制了两个摄像头的夹角)随着“人造肌肉”的运动，通过弹簧和绳索调节摄像头固定架与物镜架的距离，在使用时，当两个摄像头看到的某一个物品重合时，通过计算就可以得-->到该物体的距离，使调焦与测距同时完成，垂直运动的“人造肌肉”固定在中间的滑竿与水平运动“人造肌肉”之间。视觉系统是用“人造肌肉”，控制两个摄像头后面延长杆，之间的距离，通过两个摄像头的夹角，计算出物体与摄像头之间的距离。也就是当两个摄像头，把一个物体，同时放在两个画面的同一位置时，就可以从“人造肌肉”的数字电路中，经换算读出物体的距离，控制该系统上下左右转动的两个“人造肌肉”，可以增加视觉系统的视角，可以提供目标物的方位。本专利技术的优点：通过《薄片线线圈》、《永磁式简易步进电机》、《智能步进电机的驱动电路》的结合，通过对《智能步进电机的驱动电路》的改进，使“人造肌肉”具有了，生物体内骨骼肌的全部运动功能。简易步进电机的结构简单运行速度快，它没有齿轮、没有轴、没有摩擦、数字电路控制。它与现在的电子技术结合，具有控制系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
人造肌肉和仿真机器人，它包括机器人的“骨骼”、“肌肉”、视觉系统和控制系统，其特征是：用《薄片线线圈》，做《永磁式简易步进电机》的线管，用改进后的《智能步进电机的驱动电路》作为电机的驱动电路，它们组成“人造肌肉”。

【技术特征摘要】
1、人造肌肉和仿真机器人，它包括机器人的“骨骼”、“肌肉”、视觉系统和控制系统，其特征是：用《薄片线线圈》，做《永磁式简易步进电机》的线管，用改进后的《智能步进电机的驱动电路》作为电机的驱动电路，它们组成“人造肌肉”。2、根据权利要求1所述的人造肌肉和仿真机器人，其特征是：改进后的电压控制电路，是用电压比较器比较电机线圈与D/A转换器输出端的电压，比较的结果，用来控制计数器的计数方向，计数器的输出分两路：低位信号送入D/A转换器，组成电压控制电路；高位信号送入译码器，译码后送入多路控制电路和最大阻力限制监控电路3、根据权利要求1所述的人造肌肉和仿真机器人，其特征是：在电机线圈上抽出一个电极，连接在电压比较器上，把电压比较器的参考电压设为零，使其成为过零检测器，输出端用来控制电源开关。4、根据权利要求1所述的人造肌肉和仿真机器人，其特征是：控制系统用来处理视觉、嗅觉、听觉等与肢体运动相关的信息，以及根据“人造肌肉”中，最大阻力限制监控电路提供的，方位和力度信息，在存储器中提取各种肢体状态和运动程序代码，通过平衡控制系统、电压同步控制系统，控制机器人的动静平衡和肢体的协调运动。5、根据权利要求1、4所述的人造肌肉和...

【专利技术属性】
技术研发人员：张金铭，
申请(专利权)人：张金铭，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]