[发明专利]采用拉线驱动的单驱动柔性机械控制系统及方法、机器人

说明书

本发明属于机械手技术领域，公开了一种采用拉线驱动的单驱动柔性机械控制系统及方法、机器人，所述采用拉线驱动的单驱动柔性机械控制系统设置有：柔性手部分；柔性手部分上安装有动力传输装置部分，动力传输装置部分上安装有绳索系统。柔性手部分由手指基座和四根相同的柔性手指组成，四根柔性手指通过螺栓连接固定在手指基座上。动力传输装置由三套动滑轮系统和多个绕线滑轮组成；绳索系统由第一绳索、第二绳索、第三绳索、第四绳索组成。本发明采用拉线驱动方式的单驱动柔性机械手，该柔性机械手仅需一个驱动器，简化了柔性机械手的控制系统，降低了柔性机械手的造价和重量，适合抓取易碎，形状复杂的物体。

技术领域

本发明属于机械手技术领域，尤其涉及一种采用拉线驱动的单驱动柔性机械控制系统及方法、机器人。

背景技术

目前，最接近的现有技术：传统的刚性机械手和灵巧手等机械装置已经被广泛应用于人类的社会生活和生产中，但在对外形多变，表面易碎物体的分拣中，蔬菜水果的采摘中，传统的刚性机械手难以胜任这样的工作要求，而具有多传感器，多自由度及复杂控制的灵巧手虽然可以满足工作要求，但研发难度大，生产成本高，不利于推广应用。柔性机械手具有柔顺性，自适应性，控制简单等优点，可以满足这类工作要求。

目前研究中，针对柔性机械手的驱动方式一种是将力由动力源通过柔性介质传输到本体，另一种是利用直接可变形的柔性驱动器。其中，利用气体为传输介质的是气动驱动，利用柔性线作为传输介质的是拉线驱动，直接可变形的有形状记忆合金和电活性聚合物等驱动方式。形状记忆合金在外力作用下易于变形，而在受热时会恢复原状并输出一定的力。电活性聚合物是一类受电场作用会发生形变的柔性智能材料。形状记忆合金和电活性聚合物自身的特性使它们可作为驱动器被应用。

不同的驱动方式各有其优缺点，比如气动驱动和拉线驱动输出力较大、响应速度快但由于需要气源和电动机等动力装置使得整体重量较大，而形状记忆合金和电活性聚合物的驱动方式虽然整体重量较小但所能产生的输出力也较小，所以在需要抓取较重物体的场合不如气动驱动和拉线驱动的方式。气动驱动和拉线驱动相比，气动驱动能耗大，输出力小于拉线驱动，对柔性手指的制作要求高，比如有密封性等要求。在现有的采用拉线驱动方式的柔性机械手中，柔性手指之间相对独立，例如一根绳索用来单独牵引一根柔性手指，多根柔性手指便需要多根绳索分别牵引，多根绳索需要由多个电动机来分别控制。现有的柔性机械手中电动机数量多，控制复杂并且造成柔性机械手的整体重量较大，价格较高。如果能够通过控制更少的绳索来控制多根柔性手指，例如通过控制一根绳索来控制四根柔性手指的运动，便可以使柔性机械手所需要的电动机数量最少，通过控制一台电动机牵引与之相连的绳索便可以控制柔性机械手抓取物体。这样不仅可以降低柔性机械手的总体重量和价格，还能简化控制系统。

综上所述，现有技术存在的问题是：在柔性机械手的各种驱动方式中，虽然拉线驱动方式具有输出力大、能耗小、响应速度快等优点，但同时由于所需驱动器(电动机)数量多而导致采用拉线驱动方式的柔性机械手整体重量较大、价格较高，同时增加了控制的复杂程度。

解决上述技术问题的难度：

解决上述问题需要对采用拉线驱动方式的柔性机械手中的动力传输装置和绳索系统在结构上进行合理设计，使得柔性机械手的多根柔性手指能够通过更少的电动机来控制，比如仅一台电动机，如何设计动力传输装置和绳索系统便成为了解决上述问题的难点和重点。

解决上述技术问题的意义：

通过对采用拉线驱动方式的柔性机械手中的动力传输装置和绳索系统进行设计，从而使用一台电动机来控制柔性机械手抓取物体。由于所需电动机数量最少，所以可以最大程度的降低采用拉线驱动方式的柔性机械手的总体重量和价格，同时简化了控制系统。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种采用拉线驱动的单驱动柔性机械控制系统及方法、机器人。