(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910900499.4
(22)申请日 2019.09.23
(71)申请人 西安交通大学
地址 710049 陕西省西安市咸宁西路28号
(72)发明人 王朝晖 胡家栋 周文
(74)专利代理机构 西安通大专利代理有限责任
公司 61200
代理人 张海平
(51)Int.Cl.
B25J 19/00(2006.01)
(54)发明名称一种气动软体机器人实验平台及其使用方法(57)摘要本发明公开一种气动软体机器人实验平台及其使用方法，包括气动软体机器人、气压驱动模块、视觉检测模块和控制模块；控制模块用于控制气压驱动模块动作，气压驱动模块用于驱动气动软体机器人产生运动，视觉检测模块用于采集气动软体机器人的位姿信息并反馈给控制模块。通过气压驱动模块驱动气动软体机器人的运动，模拟出气动软体机器人的实际运动，通过视觉检测模块测量气动软体执行器的弯曲角度，记录气动软体机器人的运动姿态，从而测试到气动软体机器人模拟实际运动时的运动参数，可以利用得到的参数与理论模型的数据进行对比，对控制模型以及气动软体机器人的实际参数设计进 行修正。权利要求书2页 说明书4页 附图1页CN 110788884 A 2020.02.14
C N 110788884
A
1.一种气动软体机器人实验平台，其特征在于，包括气动软体机器人(2)、气压驱动模块(3)、视觉检测模块(4)和控制模块；控制模块用于控制气压驱动模块(3)动作，气压驱动模块(3)用于驱动气动软体机器人(2)产生运动，视觉检测模块(4)用于采集气动软体机器人(2)的位姿信息并反馈给控制模块。
2.根据权利要求1所述的气动软体机器人实验平台，其特征在于，气压驱动模块(3)包括活塞杆式气缸(6)
、滑台模块(7)、步进电机(8)和气压传感器(9)；活塞杆式气缸(6)具有活塞杆(18)和出气口(20)，出气口(20)通过气管(19)与气动软体机器人(2)的进气口连接，出气口(20)还与气压传感器(9)连接，气压传感器(9)与控制模块信号连接；
滑台模块(7)包括丝杆支架、滑块(16)和丝杆(14)，丝杆(14)安装在丝杆支架上，滑块(16)滑动安装在丝杆(14)上；活塞杆(18)与滑块(16)通过连接件(17)固定连接，活塞杆(18)与丝杆(14)平行设置；
步进电机(8)的输出轴通过联轴器(13)与丝杆(14)的一端连接。
3.根据权利要求2所述的气动软体机器人实验平台，其特征在于，活塞杆(18)端部设置有鱼眼接头(15)，鱼眼接头(15)与滑块(16)通过连接件(17)固定连接。
4.根据权利要求2所述的气动软体机器人实验平台，其特征在于，滑台模块(7)还包括导向杆，导向杆与丝杆(14)平行设置，滑块(16)同时安装在丝杆(14)和导向杆上。
5.根据权利要求2所述的气动软体机器人实验平台，其特征在于，控制模块包括步进电机驱动器(10)、控制器(11)和电源(12)，电源(12)用于给控制器(11)、步进电机驱动器(10)和步进电机(8)供电；控制器(11)发送指令给步进电机驱动器(10)，步进电机驱动器(10)根据接收的指令控制步进电机(8)转动。
6.根据权利要求1所述的气动软体机器人实验平台，其特征在于，气动软体机器人(2)由多个气动软体执
行器(5)通过关节连接而成，每个气动软体执行器(5)对应设置一个气压驱动模块(3)。
7.根据权利要求1所述的气动软体机器人实验平台，其特征在于，视觉检测模块(4)包括相机(21)、数据采集卡(22)、电脑(23)和标定板(24)；
相机(21)用于监测气动软体机器人(2)的位姿信息，并传递给数据采集卡(22)，数据采集卡(22)将采集的位姿信息传递到电脑(23)并在电脑(23)上实时显示并记录。
8.根据权利要求7所述的气动软体机器人实验平台，其特征在于，还包括实验台支架(1)，实验台支架(1)一侧设有第一竖直放置滑轨(27)，第一竖直放置滑轨(27)上滑动安装有支撑杆(25)，支撑杆(25)上滑动安装有支撑件(26)，支撑件(26)上固定安装相机(21)，实验台支架(1)另一侧设有第二竖直放置滑轨，第二竖直放置滑轨上滑动安装标定板(24)，气动软体机器人(2)位于标定板(24)和相机(21)之间，且标定板(24)与相机(21)的镜头相对设置。
9.根据权利要求1所述的气动软体机器人实验平台，其特征在于，还包括实验台支架(1)，实验台支架(1)底部设置有水平放置滑轨(28)，水平放置滑轨(28)上设有能够沿着水平放置滑轨(28)滑动的滑台(29)，滑台(29)上固定安装有可升降平台(30)，气动软体机器人(2)固定安装于可升降平台(30)上。
10.权利要求1-9任一项所述的气动软体机器人实验平台的使用方法，其特征在于，控制模块控制气压驱动模块(3)动作，气压驱动模块(3)驱动气动软体机器人(2)产生运动，视
觉检测模块(4)采集气动软体机器人(2)的位姿信息并记录。
一种气动软体机器人实验平台及其使用方法
技术领域
[0001]本发明涉及软体机器人技术领域，更具体的，涉及一种气动软体机器人实验平台及其使用方法。
背景技术
[0002]软体机器人由柔顺性材料构成，具有极好的环境适应性，能够完成许多传统机器人不能完成的任务，具有广泛的应用前景。但现阶段软体机器人研究仍处于起步阶段，气动软体机器人具有大变形以及软体材料本身的非线性，使得很难完成对其的精确控制，而且其连续变形特性导致无法获得准确的形状反馈信息。以上原因导致气动软体机器人的控制精度不高，也严重影响了其实际应用效果。
[0003]为了提高气动软体机器人的控制精度，需要研究气动软体机器人的实际运动与理论模型之间的区别，因此，建立一种气动软体机器人实验平台就显得尤为重要。
发明内容
[0004]针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种气动软体机器人实验平台及其使用方法，能够模拟并采集气动软体机器人实际工作中的位姿变化。
[0005]本发明是通过以下技术方案来实现：
[0006]一种气动软体机器人实验平台，包括气动软体机器人、气压驱动模块、视觉检测模块和控制模块；控制模块用于控制气压驱动模块动作，气压驱动模块用于驱动气动软体机器人产生运动，视觉检测模块用于采集气动软体机器人的位姿信息并反馈给控制模块。[0007]优选的，气压驱动模块包括活塞杆式气缸、滑台模块、步进电机和气压传感器；活塞杆式气缸具有活塞杆和出气口，出气口通过气管与气动软体机器人的进气口连接，出气口还与气压传感器连接，气压传感器与控制模块信号连接；
[0008]滑台模块包括丝杆支架、滑块和丝杆，丝杆安装在丝杆支架上，滑块滑动安装在丝杆上；活塞杆与滑块通过连接件固定连接，活塞杆与丝杆平行设置；
[0009]步进电机的输出轴通过联轴器与丝杆的一端连接。
[0010]进一步的，活塞杆端部设置有鱼眼接头，鱼眼接头与滑块通过连接件固定连接。[0011]进一步的，滑台模块还包括导向杆，导向杆与丝杆平行设置，滑块同时安装在丝杆和导向杆上。
[0012]进一步的，控制模块包括步进电机驱动器、控制器和电源，电源用于给控制器、步进电机驱动器
和步进电机供电；控制器发送指令给步进电机驱动器，步进电机驱动器根据接收的指令控制步进电机转动。
[0013]优选的，气动软体机器人由多个气动软体执行器通过关节连接而成，每个气动软体执行器对应设置一个气压驱动模块。
[0014]优选的，视觉检测模块包括相机、数据采集卡、电脑和标定板；
[0015]相机用于监测气动软体机器人的位姿信息，并传递给数据采集卡，数据采集卡将
采集的位姿信息传递到电脑并在电脑上实时显示并记录。
[0016]进一步的，还包括实验台支架，实验台支架一侧设有第一竖直放置滑轨，第一竖直放置滑轨上滑动安装有支撑杆，支撑杆上滑动安装有支撑件，支撑件上固定安装相机，实验台支架另一侧设有第二竖直放置滑轨，第二竖直放置滑轨上滑动安装标定板，气动软体机器人位于标定板和相机之间，且标定板与相机的镜头相对设置。
[0017]优选的，还包括实验台支架，实验台支架底部设置有水平放置滑轨，水平放置滑轨上设有能够沿着水平放置滑轨滑动的滑台，滑台上固定安装有可升降平台，气动软体机器人固定安装于可升降平台上。
[0018]所述的气动软体机器人实验平台的使用方法，控制模块控制气压驱动模块动作，气压驱动模块驱动气动软体机器人产生运动，视觉检测模块采集气动软体机器人的位姿信息并记录。
[0019]与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
[0020]本发明的气动软体机器人实验平台，通过气压驱动模块驱动气动软体机器人的运动，模拟出气动软体机器人的实际运动，通过视觉检测模块测量气动软体执行器的弯曲角度，记录气动软体机器人的运动姿态，从而测试到气动软体机器人模拟实际运动时的运动参数，可以利用得到的参数与理论模型的数据进行对比，对控制模型以及气动软体机器人的实际参数设计进行修正。本发明有利于促进对气动软体机器人驱动控制方法研究的开展，具有重要意义。
[0021]进一步的，本发明的气压驱动模块结构简单、制作成本低，适用于气动机器人的气动控制，且气压驱动模块为模块化结构，可以进行多模块的并联设计，适应需要多气路控制的气动机器人，具有很好的适用性和推广性。
[0022]进一步的，导向杆的设置，可以为滑块的运动提供导向，使其能更平稳的带动活塞杆运动。
[0023]进一步的，多个气动软体执行器连接形成气动软体机器人，从而可以研究从而获得更多的不同的模型。
[0024]进一步的，竖直放置滑轨和支撑杆的设置，使得可以在水平方向和竖直方向上调整相机的位置，使其与气动软体机器人位置能更好的对应。
[0025]进一步的，水平放置滑轨和可升降平台的设置，使得可以在水平方向和竖直方向上调整气动软体机器人的位置，使其与相机的位置更好的对应。
附图说明
[0026]图1是气动软体机器人实验平台的总体结构图；
[0027]图2是气压驱动模块驱动气动软体执行器运动的示意图；
[0028]图中：实验台支架1、气动软体机器人2、气压驱动模块3、视觉检测模块4、气动软体执行器5、活塞杆式气缸6、滑台模块7、步进电机8、气压传感器9、步进电机驱动器10、控制器11、电源12、联轴器13、丝杆14、鱼眼接头15、滑块16、连接件17、活塞杆18、气管19、出气口20、相机21、数据采集卡22、电脑23、标定板24、支撑杆25、支撑件26、第一竖直放置滑轨27、水平放置滑轨28、滑台29、可升降平台30。
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