[发明专利]一种四足机器人仿生柔性机体弯曲控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种四足机器人仿生柔性机体弯曲控制系统，用于与腿机构协调实现四足机器人转向步态，属于机器人技术领域。

背景技术

传统四足机器人机体为刚性整体结构，虽然能通过腿机构的多自由度及复杂的运动规划来实现转向运动，但转向半径大，转向速度慢，不能满足非结构环境下机动性要求。四足机器人机体的柔顺化设计是提高四足机器人非结构化环境下机动性和平稳性的必然要求。

目前国内外对四足机器人仿生柔性机体研究尚处于开始阶段，尚没有提出一种有效的柔性机体弯曲的控制方案。本发明为仿生柔性机体控制提出了一种解决方案。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提出一种四足机器人仿生柔性机体弯曲控制系统，填补国内对仿生柔性机体弯曲的控制空白。通过气路电控有效配合，实现仿生柔性机体随转向步态规划实现柔顺弯曲。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种四足机器人仿生柔性机体弯曲控制系统，包括仿生柔性机体机构、气动回路、柔性机体弯曲控制回路和直流电压源；所述的仿生柔性机体机构包括前机体、弹簧、后机体、仿生脊椎、气动人工肌肉和轴承；所述气动人工肌肉通过轴承与前机体和后机体相连；所述仿生脊椎固定于前机体和后机体中心位置；所述弹簧两端固定在前机体和后机体上，弹簧与气动人工肌肉关于仿生脊椎轴对称；所述气动回路包括空气压缩机、减压阀、两位三通比例阀、压力传感器；空气压缩机通过管道依次连接减压阀、两位三通比例阀和压力传感器，并连接气动人工肌肉；所述的柔性弯曲控制回路包括PC机、数据采集卡、距离传感器、激光发射端、激光接收端；所述PC机连接数据采集卡，所述数据采集卡依次连接两位三通比例阀、压力传感器、距离传感器和激光接收端；所述直流电压源连接比例阀、压力传感器、激光发射端、激光接收端。

与现有技术相比，本发明具有如下显而易见的实质性特点：

本发明改变传统四足机器人机体刚性的设计理念，采用仿生柔性机体机构，脊椎由多节组成，更具有仿生性。本发明采用气动人工肌肉作为柔性机体的驱动器，在操作过程中产生的热、噪声及其它有害物质少，而且适合恶劣的工作环境。本发明提出一种控制气动人工肌肉长度变化实现仿生柔性机体弯曲的控制方案，采用模糊控制算法，无需计算气动人工肌肉的传递函数就可以对其实现良好的控制。

附图说明

图1是本发明一种四足机器人仿生柔性机体弯曲控制系统的示意图。

图2是本发明一种四足机器人仿生柔性机体弯曲控制机体弯曲后的状态示意图。

图3是本发明一种四足机器人仿生柔性机体弯曲控制系统原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明：

参见图1和图2，一种四足机器人仿生柔性机体弯曲控制系统，包括仿生柔性机体机构I、气动回路Ⅱ、柔性机体弯曲控制回路III和直流电压源7；所述的仿生柔性机体机构I包括前机体8、弹簧9、后机体10、仿生脊椎11、气动人工肌肉15和轴承16；所述气动人工肌肉15通过轴承16与前机体8和后机体10相连；所述仿生脊椎11固定于前机体8和后机体10中心位置；所述弹簧9两端固定在前机体8和后机体10上，弹簧9与气动人工肌肉15关于仿生脊椎11轴对称；所述气动回路Ⅱ包括空气压缩机3、减压阀4、两位三通比例阀5、压力传感器6；空气压缩机3通过管道依次连接减压阀4、两位三通比例阀5和压力传感器6，并连接气动人工肌肉15；所述的柔性弯曲控制回路III包括PC机1、数据采集卡2、距离传感器13、激光发射端12、激光接收端14；所述PC机1连接数据采集卡2，所述数据采集卡2依次连接两位三通比例阀5、压力传感器6、距离传感器13和激光接收端14；所述直流电压源7连接比例阀5、压力传感器6、激光发射端12、激光接收端14。

如图3所示，本发明的操作原理如下，

距离传感器13实时测量气动人工肌肉15的实时长度，数据采集卡2实时采集距离传感器13测得的气动人工肌肉15长度信号，在PC机1中计算气动人工肌肉15长度与数据采集卡2实时采集的气动人工肌肉15长度之差；在PC机1中建立模糊控制器，将长度的误差信号和误差信号微分输入模糊控制器中，得出的输出电压信号通过数据采集卡2发送给比例阀5用于调整比例阀5阀开口大小，如图3所示。

激光发射端12、激光接收端14用于限制仿生柔性机体机构I最大弯曲角度，防止弯曲过大对弹簧9造成不可回复的形变；其工作原理为：当仿生柔性机体机构I达到最大弯曲角度，激光发射端12与激光接收端14连通，向数据采集卡2发送高电平信号，数据采集卡2接收到此信号时关闭比例阀5阀口，停止向气动人工肌肉15通入气体，仿生柔性机体机构I将停止弯曲。