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CN114434472A - 一种仿生手系统和控制方法 - Google Patents

一种仿生手系统和控制方法 Download PDF

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CN114434472A
CN114434472A CN202210108865.4A CN202210108865A CN114434472A CN 114434472 A CN114434472 A CN 114434472A CN 202210108865 A CN202210108865 A CN 202210108865A CN 114434472 A CN114434472 A CN 114434472A
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CN
China
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knuckle
palm
negative pressure
bionic hand
bellows
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Application number
CN202210108865.4A
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李敏
张超宙
何博
徐光华
谢俊
李晓玲
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Xian Jiaotong University
Original Assignee
Xian Jiaotong University
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Publication date
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Abstract

本发明属于机械手技术领域，涉及一种仿生手系统和控制方法。一种仿生手系统，包括主控制端、刚柔仿生手以及从控制端；主控制端包括数据手套、便携式计算机、近端自组网设备，从控制端包括气泵、正负压控制箱、远端自组网设备；数据手套用于实时采集人手部每个关节弯曲的数据并传送给便携式计算机，然后通过近端自组网设备将控制指令传送给远端自组网设备，气泵与正负压控制箱连接，正负压控制箱接收远端自组网设备的信息，并控制气泵给刚柔仿生手打气或者抽气，从而控制刚柔仿生手。本发明可以遥操作控制仿生手代替人手在非结构化的危险环境下完成复杂任务以保障工作人员的安全，同时提高了气动驱动仿生手的动作精度和响应速度。

Description

一种仿生手系统和控制方法
技术领域
本发明属于机械手技术领域，涉及一种仿生手系统和控制方法。
背景技术
随着科学技术的快速发展，仿生机械手不断涌现，可以通过控制仿生手实现各种灵巧动作从而完成复杂的操作任务。现存的机械手驱动方式中，气动仿生机械手的执行器性能优秀，而且气动系统对外部环境要求较低，可以满足在非结构化环境中下的作业需求。但是气动驱动仿生手控制精度较低，而且撤去气压时，响应速度较慢，仿生手不能及时做出下一个灵巧动作，大大影响仿生手的效率性能。同时现存的机械控制缺乏遥操作控制功能，遥操作系统能够使得工作人员在安全场所远距离操作仿生手执行复杂任务。
发明内容
为了克服上述现有技术中存在的问题，本发明提出一种仿生手系统和控制方法，可以遥操作控制仿生手代替人手在非结构化的危险环境下完成复杂任务以保障工作人员的安全，同时提高了气动驱动的仿生手动作精度和响应速度。
本发明解决上述问题的技术方案是：
一种仿生手系统，其特殊之处在于：
包括主控制端、刚柔仿生手以及从控制端；
主控制端包括数据手套、便携式计算机、近端自组网设备，从控制端包括气泵、正负压控制箱、远端自组网设备；
数据手套用于实时采集操作人员手部每个关节弯曲的数据并传送给便携式计算机，便携式计算机处理数据后转换为控制指令，通过近端自组网设备将控制指令传送给远端自组网设备，
气泵与正负压控制箱连接，正负压控制箱接收远端自组网设备的信息，并根据控制指令控制气泵给刚柔仿生手的波纹管执行器打气或者抽气，从而实现控制刚柔仿生手。
进一步地，上述主控制端还包括人机交互界面，便携式计算机将数据手套的数据在人机交互界面上显示。
进一步地，上述自组网设备与远端自组网设备采取的通信协议是TCP/IP协议进行通信。
进一步地，上述气泵包括微型打气泵和微型抽气泵；
正负压控制箱包括正负压驱动器、正压表、负压表和输入输出模块；正负压驱动器包括正压比例阀、负压比例阀、电控选择阀以及脉冲触发开关控制模块；
微型打气泵和微型抽气泵分别与正压表、负压表连接，正压表另一端与正压电磁比例阀连接，负压表另一端与负压电磁比例阀连接，正压电磁比例阀和负压电磁比例阀的输出气管都与电控选择阀连接，正压电磁比例阀和负压电磁比例阀的控制线都与输入输出模块连接，脉冲触发开关控制模块的信号线与输入输出模块连接，电控选择阀的电源线与脉冲触发控制模块连接，电控选择阀的输出气管与波纹管执行器连接。
进一步地，还包括电源，电源用于给微型打气泵、微型抽气泵、输入输出模块供电。
进一步地，上述输入输出模块包括若干个输出引脚，每两个输出引脚与一个正负压驱动器连接，每个正负压驱动器的输出气管与一个执行器连接。
进一步地，上述输入输出模块包括十个AI通道和十个AO通道。
进一步地，上述包括手掌一和手掌二，手掌一和手掌二通过手掌转动连接部分连接形成转动副，拇指与手掌一通过拇指转动连接部分连接形成转动副；
所述手掌一和手掌二分别具有掌心侧和手背侧；所述手掌转动连接部分包括转轴、波纹管驱动器执行器和两个拉簧，手掌一和手掌二通过转轴铰接，所述波纹管驱动器执行器的两端分别通过固定件与手掌一和手掌二的手背侧连接，两个拉簧位于波纹管驱动器执行器的两侧，两个拉簧的两端分别固定在手掌一和手掌二上的手背侧；所述波纹管驱动器执行器两端密封，其上连接有气管；
所述拇指转动连接部分包括转轴、波纹管驱动器执行器和两个拉簧，拇指与手掌一通过转轴铰接，所述波纹管驱动器执行器的两端分别通过固定件与拇指和手掌一的手背侧连接，两个拉簧位于波纹管驱动器执行器的两侧，两个拉簧的两端分别固定在拇指上与手掌一的手背侧；所述波纹管驱动器执行器两端密封，其上连接有气管；
所述拇指包括连接指节、第一指节和第二指节；连接指节用于和转动连接部分的波纹管驱动器执行器和两个拉簧连接，第一指节和连接指节连接，第二指节与第一指节通过转轴铰接，所述转轴上套设扭簧，第二指节与第一指节内设有小孔，扭簧的两端分别插入第二指节与第一指节的小孔内；第二指节与第一指节设有波纹管驱动器执行器，所述波纹管驱动器执行器的两端分别通过固定件与第二指节和第一指节连接，所述波纹管驱动器执行器两端密封，其上连接有气管。
进一步地，上述手掌一和手掌二上分别至少连接一个手指结构；所述手指结构包括第一指节和第二指节，第一指节通过转轴与手掌上的凸台铰接，所述转轴上套设扭簧，第二指节与第一指节内设有小孔，扭簧的两端分别插入第二指节与第一指节的小孔内；第一指节与手掌之间设有波纹管驱动器执行器，波纹管驱动器执行器的两端分别通过固定件与第一指节和手掌连接；第一指节通过转轴与第二指节铰接，第一指节与第二指节之间设有波纹管驱动器执行器，波纹管驱动器执行器的两端分别通过固定件与第一指节和第二指节连接；两个波纹管驱动器执行器的两端均密封，其上均连接有气管。
另外，本发明还提出一种上述仿生手系统的控制方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
S1、通过数据手套获取人手每个关节角度数据并发送给便携式计算机，便携式计算机处理数据后转换为控制指令，通过近端自组网设备将控制指令传送给远端自组网设备，远端自组网设备通过输入输出模块进行通信；同时，便携式计算机将数据手套的数据在人机交互界面上显示；
S2、当数据手套获取到操作人员手未进行动作或者动作微小时，人机交互界面显示人手角度均为零，便携式计算机发出的控制指令为：对应驱动器的正压比例阀输入信号电压为0，负压比例阀输入一定的信号电压；使得正压电磁比例阀不工作，负压比例阀输出一定的负压，脉冲触发开关控制模块输出低电平，电控选择阀未接通，输出负压，刚柔仿生手的波纹管执行器内为负压，执行器收缩，刚柔仿生手张开；
S3、当数据手套获取到操作人员手部某一关节角度大于一定阈值时，将其作为控制信号通过自组网设备传输给输入输出模块，输入输出模块控制正压电磁比例阀输出相应比例的正压，负压比例阀不工作，同时控制脉冲触发开关控制模块输出高电平，电控选择阀接通，输出正压，刚柔仿生手对应关节的波纹管执行器内为正压，执行器弯曲膨胀，刚柔仿生手进行相应的动作；
S4、当数据手套获取到操作人员做完上一动作恢复手部初始状态时，便携式计算机发出控制指令，将其作为控制信号通过自组网设备传输给输入输出模块，输入输出模块控制电控选择阀再次断开，波纹管执行器输出切换为负压，使得刚柔仿生手也迅速恢复到初始状态，等待下一动作。
与现有技术相比，本发明的仿生手系统和控制方法的显著优点是：
本发明的仿生手系统和控制方法是通过搭建基于TCP/IP协议的自组网设备实现远程通信，使操作人员可以在远离危险的安全环境中远距离操作仿生手执行任务，从而保障生命安全，进一步提高人机交互安全性；
本发明的仿生手系统和控制方法是通过电磁比例阀和输入输出模块实现正压比例控制，从而提高仿生手的动作精度，同时负压驱动控制仿生手可以使得仿生手迅速恢复原状态，从而可以快速切换到下一个任务动作，以提高仿生手的响应速度，另外可以根据仿生手的自由度以及实际应用控制需求，任意扩展控制系统，以实现任意自由度的独立控制，以提高仿生手控制的灵巧性，同时控制方式简单而且可扩展性较强；
本发明的仿生手系统和控制方法通过数据手套采集人手角度数据，并且将其显示在编写的人机交互界面上，实现方式简单且具有较好的人机交互友好性。
附图说明
图1是本发明提出的刚柔仿生手的主视图；
图2是本发明提出的刚柔仿生手的后视图；
图3是本发明提出的刚柔仿生手的斜视图；
图4是本发明提出的刚柔仿生手抓取工作时的主视图；
图5是本发明提出的刚柔仿生手抓取工作时一个角度的示意图；
图6是本发明提出的刚柔仿生手抓取工作时另一个角度的示意图；
图7是本发明提出的刚柔仿生手的手掌部分的结构示意图；
图8是本发明提出的刚柔仿生手执行器充气时的工作状态图；
图9是本发明的仿生手控制系统的示意图；
图10是本发明的正负压驱动控制的原理图；
图11是本发明的刚柔仿生手多自由度独立控制的原理图；
图12是本实施例的仿生手控制方法的流程图。
图中，1.中指，2.无名指，3.小拇指，4.手掌二，5.拉簧二，6.手掌转动连接部分，7.底座，8.拇指转动连接部分，9.拉簧一，10.手掌一，11.拇指，12.食指，13.凸台,
100.操作人员，200.主控制端，300.刚柔仿生手，400.从控制端,21.数据手套,22.便携式计算机,23.人机交互界面,24.近端自组网设备,31、波纹管驱动器，41.气泵,42.电源,43.正负压控制箱,44.远端自组网设备,411.微型打气泵,412.微型抽气泵，403.正压表,404.负压表,406.输入输出模块,407.正压电磁比例阀,408.负压电磁比例阀,409.脉冲触发开关控制模块,410.电控选择阀，421.正负压驱动器。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。
参见图1至图8，本发明提供了一种刚柔仿生手，包括手掌一10和手掌二4，手掌一10和手掌二4通过手掌转动连接部分6连接形成转动副，拇指11与手掌一10通过拇指转动连接部分8连接形成转动副；
所述手掌一10和手掌二4上分别至少连接一个手指结构。
在本发明提供的一些实施例中，所述手掌一10和手掌二4分别具有掌心侧和手背侧；所述手掌转动连接部分6包括转轴、波纹管驱动器和两个拉簧一5，手掌一10和手掌二4通过转轴铰接，所述波纹管驱动器的两端分别通过固定件与手掌一10和手掌二4的手背侧连接，两个拉簧一5位于波纹管驱动器的两侧，两个拉簧一5的两端分别固定在手掌一10和手掌二4上的手背侧；所述波纹管驱动器两端密封，其上连接有气管。所述气管用于对波纹管驱动器打气或者排气，使其伸长和缩短。两个拉簧一5用于提供拉力，使手掌一10和手掌二4复位。
在本发明提供的一些实施例中，所述拇指转动连接部分8包括转轴、波纹管驱动器和两个拉簧二9，拇指11与手掌一10通过转轴铰接，所述波纹管驱动器的两端分别通过固定件与拇指11和手掌一10的手背侧连接，两个拉簧二9位于波纹管驱动器的两侧，两个拉簧二9的两端分别固定在拇指11上与手掌一10的手背侧；所述波纹管驱动器两端密封，其上连接有气管。所述气管用于对波纹管驱动器打气或者排气，使其伸长和缩短。两个拉簧二9用于提供拉力，使拇指11复位。
在本发明提供的一些实施例中，所述拇指11包括连接指节、第一指节和第二指节；连接指节用于和转动连接部分的波纹管驱动器和两个拉簧连接，第一指节和连接指节连接，第二指节与第一指节通过转轴铰接，所述转轴上套设扭簧，第二指节与第一指节内设有小孔，扭簧的两端分别插入第二指节与第一指节的小孔内；第二指节与第一指节设有波纹管驱动器，所述波纹管驱动器的两端分别通过固定件与第二指节和第一指节连接，所述波纹管驱动器两端密封，其上连接有气管。所述气管用于对波纹管驱动器打气或者排气，使其伸长和缩短。扭簧用于带动第二指节复位。
在本发明提供的一些实施例中，所述手掌一10和手掌二4上均设有凸台，手掌一10和手掌二4均通过凸台与手指结构连接。
在本发明提供的一些实施例中，所述手掌一10上连接两个手指结构，两个手指结构分别为食指12和中指1；食指12和中指1结构相同，食指12包括第一指节和第二指节，第一指节通过转轴与手掌一10上的凸台铰接，所述转轴上套设扭簧，第二指节与第一指节内设有小孔，扭簧的两端分别插入第二指节与第一指节的小孔内。
第一指节与手掌一10之间设有波纹管驱动器，波纹管驱动器的两端分别通过固定件与第一指节和手掌一10连接；第一指节通过转轴与第二指节铰接，第一指节与第二指节之间设有波纹管驱动器，波纹管驱动器的两端分别通过固定件与第一指节和第二指节连接；两个波纹管驱动器的两端均密封，其上均连接有气管。所述气管用于对波纹管驱动器打气或者排气，使其伸长和缩短。扭簧用于带动第二指节复位。
在本发明提供的一些实施例中，所述手掌二4连接两个手指结构，两个手指结构分别为无名指2和小拇指3；无名指2和小拇指3结构相同，无名指2包括第一指节和第二指节，第一指节通过转轴与手掌二4上的凸台铰接，第一指节与手掌二4之间设有波纹管驱动器，波纹管驱动器的两端分别通过固定件与第一指节和手掌二4连接；第一指节通过转轴与第二指节铰接，所述转轴上套设扭簧，第二指节与第一指节内设有小孔，扭簧的两端分别插入第二指节与第一指节的小孔内；
第一指节与第二指节之间设有波纹管驱动器，波纹管驱动器的两端分别通过固定件与第一指节和第二指节连接；两个波纹管驱动器的两端均密封，其上均连接有气管。所述气管用于对波纹管驱动器打气或者排气，使其伸长和缩短。扭簧用于带动第二指节复位。
在本发明提供的一些实施例中，还包括底座7，手掌一10通过螺栓固定在底座7上。
在本实施例中，仿生手呈现刚柔耦合结构，兼具刚性结构和柔性结构的优点，刚性部分可以提供足够的刚度，柔性部分用于仿生手驱动，通过向手指和手掌上的波纹管驱动器充气，使其弯曲从而实现仿生手的抓取动作，柔性驱动相较于刚性驱动有着更好的柔顺性，对非结构化的、易碎等物体有更好的适应性。
在本实施例中，本发明的仿生手共有11个自由度，具有更好的灵巧性，包括：拇指11拥有一个弯曲自由度，其余四指分别含有两个弯曲自由度，拇指11与手掌一10在转动连接处8形成一个掌指自由度，手掌两部分形成一个转动自由度，便于抓取球状、瓶装等物体，而且抓取方式多样。
本发明的仿生手结构简单，各部分连接简单可靠，可换性较强；而且可以根据实际应用需求调整为三指、四指结构，可扩展性和迁移性较强。
在本实施例中，仿生手未工作时，每个自由度对应的波纹管驱动器由于两边固定底座的高度差存在初始弯曲角度，另外五根仿生手指的每个转动关节上的扭簧处于自然状态，拉簧一9和拉簧二5处于自然状态。
参阅图4至图6所示，当向各个自由度对应的波纹管驱动器充入一定的气体，使其内部气压增大后，波纹管驱动器沿着初始角度膨胀发生弯曲，使仿生手手指发生弯曲，拇指11和手掌二4向掌心转动一定角度，从而所有自由度动作，仿生手呈现抓取状态，同时拉簧一9和拉簧二5受力伸长。当撤去气压后，拇指11和手掌二4分别在拉簧一9和拉簧二5的拉力下恢复自然状态。图9是本实施例的刚柔仿生手执行器未充气时的工作状态图，图10是充气时的工作状态图。
刚柔仿生手的11个自由度可以分别单独控制，使得仿生手可以完成各种手势动作，从而完成各种灵巧任务。向拇指自由度、掌指自由度以及食指的两个自由度对应的驱动器充入一定气压时，使得对应波纹管驱动器膨胀弯曲，其余自由度对应的驱动器抽气，使得对应波纹管驱动器收缩伸展，同时具有较大的刚度，从而仿生手拇指和食指弯曲一定角度，而且掌指关节转动一定角度，其余三指保持伸展状态，从而仿生手呈现“OK”手势动作。
参阅图9所示，本发明提供一种仿生手控制系统，包括主控制端200、刚柔仿生手300以及从控制端400。
操作人员100的手部佩戴数据手套21，主控制端200与从控制端400通过近端自组网设备24与远端自组网设备44连接，形成数据通信链路，刚柔仿生手300连接从控制端中正负压控制箱43的输出气管。
数据手套21用于实时采集操作人员100的手部每个关节弯曲的角度数据，以此作为控制信号，控制简单直观。
主控制端200包括数据手套21、便携式计算机22、近端自组网设备24，数据手套21与便携式计算机22通过USB串口连接，近端自组网设备24与便携式计算机22通过USB串口连接。
从控制端400包括气泵41、电源42、正负压控制箱43、远端自组网设备44，气泵41与正负压控制箱43连接，电源42与气泵41、正负压控制箱43、远端自组网设备44连接，正负压控制箱43通过RS232转RS485转换线与远端自组网设备44连接。
数据手套21用于实时采集操作人员手部每个关节弯曲的数据并传送给便携式计算机22，便携式计算机22通过近端自组网设备24将数据传送给远端自组网设备44，气泵41与正负压控制箱43连接，正负压控制箱43接收远端自组网设备44的数据，并根据数据控制气泵41给刚柔仿生手300的波纹管执行器31打气或者抽气，从而实现控制刚柔仿生手300。
参阅图10，在本发明提供的一些实施例中，气泵41包括微型打气泵411和微型抽气泵412，分别与正压表403、负压表404连接，电源42与微型打气泵411、微型抽气泵412、输入输出模块406连接，正压表403另一端与正压电磁比例阀407连接，负压表404另一端与负压电磁比例阀408连接，正压电磁比例阀407和负压电磁比例阀408的输出气管都与电控选择阀410连接，正压电磁比例阀407和负压电磁比例阀408的控制线都与输入输出模块406连接，脉冲触发开关控制模块409的信号线与输入输出模块406连接，电控选择阀410的电源线与脉冲触发控制模块409连接，电控选择阀410的输出气管与执行器31连接。
在本发明提供的一些实施例中，结合图10与图11，正负压驱动器421包括正压比例阀407、负压比例阀408、电控选择阀410以及脉冲触发开关控制模块409，输入输出模块406的每一个输出引脚与正负压驱动器421连接，正负压驱动器421的输出气管与执行器31连接，本发明可以根据仿生手的自由度数以及实际应用需求组合成任意数量的驱动数目。
本发明中的人机交互界面23可以进行运动参数显示和运动模型显示，运动参数显示功能是操作人员100可以通过人机交互界面23实时观察手各关节的运动角度，方便工作人员及时根据仿生手的运动状态调整操作动作；运动模型显示功能是操作人员100可以通过人机交互界面23调整观察角度，从不同坐标轴及角度观察手部运动模型，减少盲点，提高动作的准确性；另外操作人员100可以通过人机交互界面23选择不同的手型模式，选择采用“大手模式”或“小手模式”以匹配自己的手型，减少由于手型尺寸差异带来的误差，进一步提高控制系统的人机交互性能。
优选地，主控制端200与从控制端400通过两个自组网设备进行通信，自组网设备采取的通信协议是TCP/IP协议，能够可靠地进行通信，TCP/IP协议中的“三次握手”、“四次挥手”、“拥塞控制”等机制可以较好地根据网络地址准确传输数据，具有良好的时新性、安全准确性、流畅性以及易用性。
从控制端400中的各部分信号通过输入输出模块406进行通信，其采用Modbus协议，控制信号从远端自组网设备接收。微型打气泵411和微型抽气泵412作为仿生手驱动气源，分别通过两个电磁比例阀比例控制需要输出的气压。正压输出和负压输出都作为电控选择阀410的输入，再由输入输出模块406的一路信号控制脉冲触发开关控制模块409，通过控制电控选择阀的通断来控制正压或负压输出，当电控选择阀410断开时，输出到执行器31的是负压，当电控选择阀410接通时，输出到执行器31的是正压，进而可以快速准确的控制仿生手的灵巧动作。
本发明可以接入任意数量的正负压驱动器421，提高了该控制系统的可扩展性。所述输入输出模块406有10个AI通道和10个AO通道，当需要使用多个输入输出模块时，可以采用RS485轮询的方式进行串口通信，从而减少占用的串口数量，方便扩展。
参阅图12，本申请提供了一种仿生手控制方法，包括以下步骤：
S1、打开仿生手控制程序以及供电电源42，程序运行，通过数据手套21采集操作人员100的手关节角度数据并发送给便携式计算机22，便携式计算机22处理数据后转换为控制指令，通过近端自组网设备24将控制指令传送给远端自组网设备44，远端自组网设备44通过输入输出模块406进行通信；同时，便携式计算机22将数据手套21的数据在人机交互界面23上显示；S2、当数据手套21获取到操作人员100的手未进行动作或者动作微小时，人机交互界面23显示人手角度均为0，便携式计算机22发出的控制指令为：对应驱动器的正压比例阀407输入信号电压为0，负压比例阀408输入一定的信号电压；使得正压电磁比例阀407不工作，负压比例阀408输出一定的负压，脉冲触发开关控制模块409输出低电平，电控选择阀410未接通，输出负压，刚柔仿生手300的波纹管执行器31内为负压，执行器收缩，刚柔仿生手300张开。
S3、当数据手套21获取到操作人员100手部某一关节角度大于一定阈值时，将其作为控制信号通过自组网设备传输给输入输出模块406，输入输出模块406控制正压电磁比例阀407输出相应比例的正压，负压比例阀408不工作，同时控制脉冲触发开关控制模块409输出高电平，电控选择阀410接通，输出正压，刚柔仿生手300对应关节的波纹管执行器31内为正压，波纹管执行器31弯曲膨胀，刚柔仿生手300进行相应的动作。
S4、当数据手套21获取到操作人员100做完上一动作恢复手部初始状态时，便携式计算机22发出控制指令，将其作为控制信号通过自组网设备传输给输入输出模块406，输入输出模块406控制电控选择阀410再次断开，波纹管执行器31输出切换为负压，使得刚柔仿生手300也迅速恢复到初始状态，等待下一动作。
以上所述仅为本发明的实施例，并非以此限制本发明的保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的系统领域，均同理包括在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种仿生手系统，其特征在于：
包括主控制端(200)、刚柔仿生手(300)以及从控制端(400)；
主控制端(200)包括数据手套(21)、便携式计算机(22)、近端自组网设备(24)，从控制端(400)包括气泵(41)、正负压控制箱(43)、远端自组网设备(44)；
数据手套(21)用于实时采集操作人员手部每个关节弯曲的数据并传送给便携式计算机(22)，便携式计算机(22)处理数据后转换为控制指令，通过近端自组网设备(24)将控制指令传送给远端自组网设备(44)；
气泵(41)与正负压控制箱(43)连接，正负压控制箱(43)接收远端自组网设备(44)的信息，并根据控制指令控制气泵(41)给刚柔仿生手(300)的波纹管执行器(31)打气或者抽气，从而实现控制刚柔仿生手(300)。
2.根据权利要求1所述的一种仿生手系统，其特征在于：
主控制端(200)还包括人机交互界面(23)，便携式计算机(22)将数据手套(21)的数据在人机交互界面(23)上显示。
3.根据权利要求2所述的一种仿生手系统，其特征在于：
近端自组网设备(24)与远端自组网设备(44)采取的通信协议是TCP/IP协议进行通信。
4.根据权利要求3所述的一种仿生手系统，其特征在于：
气泵(41)包括微型打气泵(411)和微型抽气泵(412)；
正负压控制箱(43)包括正负压驱动器(421)、正压表(403)、负压表(404)和输入输出模块(406)；正负压驱动器(421)包括正压电磁比例阀(407)、负压电磁比例阀(408)、电控选择阀(410)以及脉冲触发开关控制模块(409)；
微型打气泵(411)和微型抽气泵(412)分别与正压表(403)、负压表(404)连接，正压表(403)另一端与正压电磁比例阀(407)连接，负压表(404)另一端与负压电磁比例阀(408)连接，正压电磁比例阀(407)和负压电磁比例阀(408)的输出气管都与电控选择阀(410)连接，正压电磁比例阀(407)和负压电磁比例阀(408)的控制线都与输入输出模块(406)连接，脉冲触发开关控制模块(409)的信号线与输入输出模块(406)连接，电控选择阀(410)的电源(42)线与脉冲触发控制模块连接，电控选择阀(410)的输出气管与波纹管执行器(31)连接。
5.根据权利要求4所述的一种仿生手系统，其特征在于：还包括电源(42)，电源(42)用于给微型打气泵(411)、微型抽气泵(412)、输入输出模块(406)供电。
6.根据权利要求5所述的一种仿生手系统，其特征在于：输入输出模块(406)包括若干个输出引脚，每两个输出引脚与一个正负压驱动器(421)连接，每个正负压驱动器(421)的输出气管与一个执行器连接。
7.根据权利要求6所述的一种仿生手系统，其特征在于：输入输出模块(406)包括十个AI通道和十个AO通道。
8.根据权利要求7所述的一种仿生手系统，其特征在于：
包括手掌一(10)和手掌二(4)，手掌一(10)和手掌二(4)通过手掌转动连接部分(6)连接形成转动副，拇指(11)与手掌一(10)通过拇指转动连接部分(8)连接形成转动副；
所述手掌一(10)和手掌二(4)分别具有掌心侧和手背侧；所述手掌转动连接部分(6)包括转轴、波纹管驱动器执行器和两个拉簧，手掌一(10)和手掌二(4)通过转轴铰接，所述波纹管驱动器执行器的两端分别通过固定件与手掌一(10)和手掌二(4)的手背侧连接，两个拉簧位于波纹管驱动器执行器的两侧，两个拉簧的两端分别固定在手掌一(10)和手掌二(4)上的手背侧；所述波纹管驱动器执行器两端密封，其上连接有气管；
所述拇指转动连接部分(8)包括转轴、波纹管驱动器执行器和两个拉簧，拇指(11)与手掌一(10)通过转轴铰接，所述波纹管驱动器执行器的两端分别通过固定件与拇指(11)和手掌一(10)的手背侧连接，两个拉簧位于波纹管驱动器执行器的两侧，两个拉簧的两端分别固定在拇指(11)上与手掌一(10)的手背侧；所述波纹管驱动器执行器两端密封，其上连接有气管；
所述拇指(11)包括连接指节、第一指节和第二指节；连接指节用于和转动连接部分的波纹管驱动器执行器和两个拉簧连接，第一指节和连接指节连接，第二指节与第一指节通过转轴铰接，所述转轴上套设扭簧，第二指节与第一指节内设有小孔，扭簧的两端分别插入第二指节与第一指节的小孔内；第二指节与第一指节设有波纹管驱动器执行器，所述波纹管驱动器执行器的两端分别通过固定件与第二指节和第一指节连接，所述波纹管驱动器执行器两端密封，其上连接有气管。
9.根据权利要求8所述的一种仿生手系统，其特征在于：
所述手掌一(10)和手掌二(4)上分别至少连接一个手指结构；所述手指结构包括第一指节和第二指节，第一指节通过转轴与手掌上的凸台铰接，所述转轴上套设扭簧，第二指节与第一指节内设有小孔，扭簧的两端分别插入第二指节与第一指节的小孔内；第一指节与手掌之间设有波纹管驱动器执行器，波纹管驱动器执行器的两端分别通过固定件与第一指节和手掌连接；第一指节通过转轴与第二指节铰接，第一指节与第二指节之间设有波纹管驱动器执行器，波纹管驱动器执行器的两端分别通过固定件与第一指节和第二指节连接；两个波纹管驱动器执行器的两端均密封，其上均连接有气管。
10.一种仿生手系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、通过数据手套(21)获取人手每个关节角度数据并发送给便携式计算机(22)，便携式计算机(22)处理数据后转换为控制指令，通过近端自组网设备(24)将控制指令传送给远端自组网设备(44)，远端自组网设备(44)通过输入输出模块(406)进行通信；同时，便携式计算机(22)将数据手套(21)的数据在人机交互界面(23)上显示；
S2、当数据手套(21)获取到操作人员手未进行动作或者动作微小时，人机交互界面(23)显示人手角度均为零，正压电磁比例阀(407)不工作，脉冲触发开关控制模块(409)输出低电平，电控选择阀(410)未接通，输出负压，刚柔仿生手(300)的波纹管执行器(31)内为负压，执行器收缩，刚柔仿生手(300)张开；
S3、当数据手套(21)获取到操作人员手部某一关节角度大于一定阈值时，便携式计算机(22)发出控制指令，将其作为控制信号通过自组网设备传输给输入输出模块(406)，输入输出模块(406)控制正压电磁比例阀(407)输出相应比例的正压，负压比例阀(408)不工作，同时控制脉冲触发开关控制模块(409)输出高电平，电控选择阀(410)接通，输出正压，刚柔仿生手(300)对应关节的波纹管执行器(31)内为正压，执行器弯曲膨胀，刚柔仿生手(300)进行相应的动作；
S4、当数据手套(21)获取到操作人员做完上一动作恢复手部初始状态时，便携式计算机(22)发出控制指令，将其作为控制信号通过自组网设备传输给输入输出模块(406)，输入输出模块(406)控制电控选择阀(410)再次断开，波纹管执行器(31)输出切换为负压，使得刚柔仿生手(300)也迅速恢复到初始状态，等待下一动作。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115722942A (zh) * 2022-09-26 2023-03-03 北京软体机器人科技股份有限公司 一种基于软执行器仿生虾壳结构的刚柔耦合夹具

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1693036A (zh) * 2005-05-19 2005-11-09 江南大学 流体驱动的单自由度柔性弯曲关节
WO2018006722A1 (zh) * 2016-07-04 2018-01-11 中国科学院深圳先进技术研究院 仿生假肢手
CN108673534A (zh) * 2018-04-20 2018-10-19 江苏大学 一种利用人造突触网络系统实现智能分拣的软体机械手
CN109999429A (zh) * 2019-04-17 2019-07-12 上海司羿智能科技有限公司 手部康复训练系统及训练方法
CN209350253U (zh) * 2018-12-27 2019-09-06 浙江工业大学 一种仿生机械手
CN110236880A (zh) * 2019-06-12 2019-09-17 西安交通大学 一种用户自定义被动式气动软体机械手
CN209422384U (zh) * 2018-07-06 2019-09-24 北京京成兴华医疗科技有限公司 一种气动关节结构及关节训练器
CN111906763A (zh) * 2020-06-22 2020-11-10 西安交通大学 一种具有姿态监测及触觉反馈功能的遥操作柔性仿生手
CN112405577A (zh) * 2020-11-20 2021-02-26 上海交通大学 一种刚柔耦合的多自由度类人灵巧手

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1693036A (zh) * 2005-05-19 2005-11-09 江南大学 流体驱动的单自由度柔性弯曲关节
WO2018006722A1 (zh) * 2016-07-04 2018-01-11 中国科学院深圳先进技术研究院 仿生假肢手
CN108673534A (zh) * 2018-04-20 2018-10-19 江苏大学 一种利用人造突触网络系统实现智能分拣的软体机械手
CN209422384U (zh) * 2018-07-06 2019-09-24 北京京成兴华医疗科技有限公司 一种气动关节结构及关节训练器
CN209350253U (zh) * 2018-12-27 2019-09-06 浙江工业大学 一种仿生机械手
CN109999429A (zh) * 2019-04-17 2019-07-12 上海司羿智能科技有限公司 手部康复训练系统及训练方法
CN110236880A (zh) * 2019-06-12 2019-09-17 西安交通大学 一种用户自定义被动式气动软体机械手
CN111906763A (zh) * 2020-06-22 2020-11-10 西安交通大学 一种具有姿态监测及触觉反馈功能的遥操作柔性仿生手
CN112405577A (zh) * 2020-11-20 2021-02-26 上海交通大学 一种刚柔耦合的多自由度类人灵巧手

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115722942A (zh) * 2022-09-26 2023-03-03 北京软体机器人科技股份有限公司 一种基于软执行器仿生虾壳结构的刚柔耦合夹具

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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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RJ01 Rejection of invention patent application after publication
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