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专利号: 2024111453761
申请人: 山西大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 手动工具;轻便机动工具;手动器械的手柄;车间设备;机械手
更新日期:2026-03-13
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于气动软体结构的仿生蛇形机器人的控制方法,所述机器人包括头部结构和躯干机构,所述头部结构的后端固定在躯干机构的最前端,所述躯干机构由多节身体机构首尾相连而成,所述身体机构包括身体六边形结构,所述身体六边形结构的前端设置有滑动连接结构的卡接端,后端设置有滑动连接结构的固定端,前方所述身体机构中滑动连接结构的固定端与后方所述身体机构中滑动连接结构的卡接端配合实现两个身体机构的连接,所述身体六边形结构的两侧均安装有柔性气袋,所述柔性气袋包括多个折叠的气腔结构,两个所述气腔结构的相邻面之间通过塑封实现密封和连通,所述柔性气袋中一端的气腔结构外表面设置有通气口,所述通气口通过管路与气源供给系统连通,所述气源供给系统与气压控制系统电性连接,所述气压控制系统包括上位机、PLC控制柜、弯曲传感器和摄像头,摄像头左右对称设置在头部结构的上方,所述气源供给系统包括空气压缩机和减压阀,所述减压阀通过多路供气管线与多个柔性气袋中的通气口连通,在多路所述供气管线上均设有电气比例阀,其特征在于:所述躯干机构最前端的身体机构分为C区域和D区域,其余的身体机构分为A区域和B区域,所述方法具体控制过程如下:

S1 前进

S1.1 向A区域充气;

S1.2 向B区域充气,同时A区域放气;

S1.3 向A区域充气,同时B区域放气;

S1.4 连续执行S1.2和S1.3,实现持续的前进;

S2 转弯

S2.1 通过上位机建立管道中心线模型并输入设定值;

S2.2 左转弯或右转弯:当上位机检测到实际管道中心线偏左或偏右,并与管道中心线模型的偏差值远离设定值时,上位机通过PLC控制柜向电气比例阀发出信号,向D区域或C区域充气,当上位机检测到实际管道中心线与管道中心线模型的偏差值靠近设定值时,使D区域或C区域放气,摄像头实时传输管道内的图像至上位机,弯曲传感器将弯曲角度信号作为过程值实时传输至上位机,上位机利用遗传算法优化PID的Python程序进行运算,将运算生成的KP、Ki、Kd传递给上位机中的PID控制器,PID控制器计算出控制信号后通过TCP连接发送到PLC控制柜,PLC控制柜向电气比例阀发送调节信号,调节电气比例阀中充气阀门的开度大小,最终使头部结构逐步完成左转弯或右转弯,当弯曲传感器传输到上位机的弯曲角度信号为0时,机器人恢复前进状态。

2.根据权利要求1所述的一种基于气动软体结构的仿生蛇形机器人的控制方法,其特征在于:所述身体六边形结构的底部设置有多个卡接槽,所述卡接槽内插设有鳞片抓地结构,用于增加仿生蛇形机器人与地面的摩擦力。

3.根据权利要求2所述的一种基于气动软体结构的仿生蛇形机器人的控制方法,其特征在于:所述气腔结构的一侧设置有进气管,相邻两个所述气腔结构的进气管通过导气管实现腔体的连通。

4.根据权利要求3所述的一种基于气动软体结构的仿生蛇形机器人的控制方法,其特征在于:所述空气压缩机与电源电性连接,所述空气压缩机与减压阀连通。

5.根据权利要求4所述的一种基于气动软体结构的仿生蛇形机器人的控制方法,其特征在于:所述气压控制系统还包括有24V恒压电源、数据采集卡和压力传感器,所述24V恒压电源和摄像头均与电源电性连接,所述24V恒压电源与电气比例阀、PLC控制柜电性连接,用于稳定供电,所述PLC控制柜与电气比例阀电性连接,用于对电气比例阀进行控制,所述上位机与PLC控制柜电性连接,用于传输动作指令,所述弯曲传感器安装在头部结构的前侧,以实时采集仿生蛇形机器人的弯曲角度信号,所述压力传感器安装在躯干机构的尾部,以实时检测电气比例阀输出的气体压力值,所述摄像头、弯曲传感器、压力传感器均与数据采集卡电性连接,所述数据采集卡与上位机电性连接,从而将采集到的信息传输至上位机进行分析。

6.根据权利要求5所述的一种基于气动软体结构的仿生蛇形机器人的控制方法,其特征在于:所述弯曲传感器包括有电路板和应变片,所述电路板与应变片之间通过连接线实现连通,所述电路板与数据采集卡电性连接,所述应变片粘贴在躯干机构最前端的侧部。

7.根据权利要求6所述的一种基于气动软体结构的仿生蛇形机器人的控制方法,其特征在于:所述身体六边形结构中心开设有中空腔,用于容纳管路及电线。