[发明专利]相控电磁运动单元、柔性章鱼仿生机械臂及其控制方法

说明书

本发明涉及一种相控电磁运动单元、柔性章鱼仿生机械臂及其控制方法。相控电磁运动单元包括两磁极相对设置的电磁铁、弹性限位件及两组控制线，弹性限位件用于对两电磁铁的相对收缩及伸张运动进行限位。柔性章鱼仿生机械臂包括基体及若干肌纤维单元，若干相控电磁运动单元沿其伸缩方向顺次排列形成所述肌纤维单元，若干肌纤维单元以阵列形式布置于基体上。本发明通过控制输入电磁铁的电流相位及大小控制相控电磁运动单元收缩或伸张，通过对相控电磁运动单元进行矩阵式排布及控制，可实现柔性章鱼仿生机械臂的运动控制，可灵活完成各种空间动作，运动控制易于实现，响应速度快，控制精度高，且成本低，应用范围广；可用于空气及深水环境。

技术领域

本发明涉及柔性机械臂技术领域，特别是一种相控电磁运动单元、柔性章鱼仿生机械臂及其控制方法。

背景技术

随着现代社会对机器人柔性和安全性要求的提高，传统刚性机器人的不足日益凸显，比如结构笨重、安全性低、环境适应能力差、可靠性低等。传统刚性机器人与自然环境或人类的交互能力有限，已经无法满足现代社会的更高需求。因此柔性机械臂受到了越来越多的关注，研发高性能的柔性机械臂成为新的课题。

现有的柔性机械臂一般采用液压、气压等驱动方式，普遍存在以下缺陷：1)响应速度慢，控制精度不足，灵活性差，工作能力有限，无法满足高精度的使用需求；2)造价成本高，应用范围有限。基于以上缺陷，导致现有柔性机械臂功能十分有限，难以高效完成复杂的作业任务，应用范围受限，无法大规模使用及推广。

因此开发高精度、高性能、易于控制、低成本的柔性机械臂十分有必要，将会极大的拓展柔性机械臂的应用范围。

发明内容

本发明的主要目的是克服现有技术的缺点，提供一种可实现高精度的运动控制，灵活完成各种空间动作，运动控制易于实现，响应速度快，控制精度高，且成本低，应用范围广的相控电磁运动单元、柔性章鱼仿生机械臂及其控制方法。

本发明采用如下技术方案：

一种相控电磁运动单元，包括有两磁极相对设置的电磁铁、弹性限位件及分别与两电磁铁电连接的两组控制线，所述弹性限位件用于对两电磁铁的相对收缩及伸张运动进行限位，并设置为使两电磁铁产生的磁场可相互作用；所述控制线用于连接控制单元的控制信号输出端，以通过控制两电磁铁输入电流相位改变两电磁铁极性，使两电磁铁相互吸引或排斥，实现相控电磁运动单元的收缩或伸张运动。

进一步地，所述弹性限位件为连接于两电磁铁之间的弹性连接件。

进一步地，所述弹性限位件包括第一可伸缩介质和第二可伸缩介质，第一可伸缩介质活动设置于两电磁铁之间，用于对两电磁铁的相对收缩运动进行限位，第二可伸缩介质以包裹或牵拉的方式对两电磁铁的伸张运动进行限位。

进一步地，所述相控电磁运动单元还包括有防水绝缘层，包裹于相控电磁运动单元表面，两组控制线引出至防水绝缘层外部。

进一步地，所述防水绝缘层为可伸缩结构和/或采用弹性材料。

一种柔性章鱼仿生机械臂，包括基体及设置于基体上的若干肌纤维单元，所述肌纤维单元包括若干上述的相控电磁运动单元，若干相控电磁运动单元沿其伸缩方向顺次排列形成所述肌纤维单元，相控电磁运动单元固定设置于基体上，若干肌纤维单元以阵列形式布置于基体上，基体采用绝缘且可伸缩材料。

进一步地，所述若干肌纤维单元分为多个基础矩阵，基础矩阵至少为2×2的矩阵，多个基础矩阵按设定规则排列形成整体矩阵，通过对整体矩阵中的每个相控电磁运动单元进行控制，实现柔性章鱼仿生机械臂的运动控制。

进一步地，所述柔性章鱼仿生机械臂还包括控制单元，电连接并控制所有相控电磁运动单元。

进一步地，所述基体填充设置于若干肌纤维单元的空隙间，并为肌纤维单元提供支撑。