一种气动肌肉径向碰撞感测方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种气动肌肉径向碰撞感测方法及系统。所述方法包括周期性检测差压传感器的差压信号，若所述差压信号的值大于预设阈值，则确认所述气动肌肉发生碰撞；将所述大于预设阈值的差压信号调整为标准信号，获取所述标准信号的幅频特性曲线；根据所述标准信号的幅频特性曲线，提取第一管腔系统对应的固有频率；将所述第一管腔系统对应的固有频率注入第一管腔系统的气动肌肉的长度l1与所述第一管腔系统对应的固有频率f之间的计算式，计算出气动肌肉发生碰撞的位置。本发明专利技术实施例克服了仅将管腔效应视为一种负面影响的技术偏见，提出了一种基于管腔效应的新的碰撞感测方法及系统，可以简化仿生机器人碰撞感测结构，降低感测成本。

【技术实现步骤摘要】
一种气动肌肉径向碰撞感测方法及系统
本专利技术涉及碰撞检测
，具体涉及一种气动肌肉径向碰撞感测方法及系统。
技术介绍
气动肌肉是一种新型的驱动器，由橡胶管和金属编织网组成。通过给气动肌肉充气，气动肌肉收缩，产生驱动力。以气动肌肉驱动的机械臂为例，如果手臂与周围环境产生了碰撞，安装在操作部位的接触式传感器并不能感知碰撞的发生。现有的机械臂的臂架的碰撞检测方案主要有两种，第一种为在整个手臂上安装多个传感器，形成一个类似皮肤的神经感知网，该方案成本高、结构复杂、计算困难；第二种是在臂架上添加压力腔，测量压力腔的绝对压力来检测碰撞，这种方法的前提是压力腔内部的绝对压力在碰撞发生之前是恒定的，只有在碰撞发生时，绝对压力才会变化。气动肌肉在工作时，内部绝对压力会不断变化，因此无法直接通过测量绝对压力来判断气动肌肉是否发生碰撞。管腔是指传感器膜片与被测压力点之间的引压管和传感器腔室。管腔效应是指管腔的存在会使传感器测得的压力与被测压力点的真实压力之间出现幅值的偏差和相位的滞后。管腔效应是在研究压力传感器的动态特性中提出的理论知识，不同管腔系统对压力测量的影响不同。传感器和管腔组成的测量系统的固有频率主要取决于管腔的固有频率，因为传感器的固有频率远远高于管腔的固有频率。论文《动态差压检测系统的共模误差研究》、《压力传感器频率响应的分析》、《引压管路对动态差压检测影响的分析》等都对管腔效应进行了研究，但是都是将管腔效应视为一种负面的影响，是引起压力传感器动态测量误差的主要因素。本专利技术提出通过差压传感器测量气动肌肉管腔系统的差压信号来感知碰撞，并基于管腔效应和流体阻抗法的有关知识计算碰撞位置。
技术实现思路
针对上述缺陷，本专利技术实施例提供了一种气动肌肉径向碰撞感测方法及系统，克服仅将管腔效应视为一种负面影响的技术偏见，提出了一种基于管腔效应的新的碰撞感测方法及系统，可以简化仿生机器人碰撞感测结构，降低感测成本。本专利技术提供的一种气动肌肉径向碰撞感测方法，包括：周期性检测差压传感器的差压信号，若所述差压信号的值大于预设阈值，则确认所述气动肌肉发生碰撞，并记录大于预设阈值的差压信号和发生碰撞的时间；将所述大于预设阈值的差压信号调整为标准信号，解析所述标准信号，获取所述标准信号的幅频曲线图；根据所述标准信号的幅频曲线图，提取第一管腔系统对应的固有频率，所述第一管腔系统包括连接气动肌肉的第一端部的第一引压管的内腔、所述差压传感器中连接所述第一引压管的内腔以及气动肌肉的第一端部至发生碰撞的位置处对应的内腔所组成的连通腔室；将所述第一管腔系统对应的固有频率注入第一管腔系统的气动肌肉的长度l1与所述第一管腔系统对应的固有频率f之间的计算式，计算出气动肌肉发生碰撞的位置并显示计算结果。本专利技术提供的一种气动肌肉径向碰撞感测系统，包括：一根气动肌肉，所述气动肌肉具有相对设置的一个第一端部和一个第二端部；一根第一引压管，所述第一引压管具有相对的一个第一接口和一个第二接口，所述第一接口连接所述气动肌肉的所述第一端部；一根第二引压管，所述第二引压管具有一个第三接口、一个第四接口及一个第五接口，所述第三接口连接所述气动肌肉的所述第二端部；一个差压传感器，所述差压传感器的两个接口分别连接所述第一引压管的第二接口和所述第二引压管的第四接口；一个信号采集处理系统，所述信号采集处理系统连接所述差压传感器的信号线；一根气管，所述气管具有相对的一个第一通气口和一个第二通气口；一个气泵，所述气泵的出气口连接所述气管的第一通气口；一个电磁比例阀，所述电磁比例阀安装在所述第二引压管的第五接口与所述气管的第二通气口之间，所述电磁比例阀用于调节气动肌肉内部的压强；两个支撑件，所述支撑件包括一个主体板及由所述主体板垂直延伸出来的一个侧板，所述两个支撑件的两个侧板分别连接所述气动肌肉的第一端部和第二端部以固持所述气动肌肉。本专利技术实施例中，碰撞感测模块周期性检测差压传感器的差压信号，若所述差压信号的值大于预设阈值，则确认所述气动肌肉发生碰撞，并记录大于预设阈值的差压信号和发生碰撞的时间；将所述大于预设阈值的差压信号调整为标准信号，解析所述标准信号，获取所述标准信号的幅频曲线图；根据所述标准信号的幅频曲线图，提取第一管腔系统对应的固有频率，所述第一管腔系统包括连接气动肌肉的第一端部的第一引压管的内腔、所述差压传感器中连接所述第一引压管的内腔以及气动肌肉的第一端部至发生碰撞的位置处对应的内腔所组成的连通腔室；将所述第一管腔系统对应的固有频率注入第一管腔系统的气动肌肉的长度l1与所述第一管腔系统对应的固有频率f之间的计算式，计算出气动肌肉发生碰撞的位置并显示计算结果。通过实施本专利技术实施例，提出了一种基于管腔效应的新的碰撞感测方法及系统，克服了仅将管腔效应视为一种负面影响的技术偏见，可以简化仿生机器人碰撞感测结构，降低感测成本。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术第一实施例提供的一种气动肌肉径向碰撞感测方法的流程示意图；图2是本专利技术第二实施例提供的一种气动肌肉径向碰撞感测方法的流程示意图；图3是本专利技术第二实施例提供的所述第一管腔系统等效结构示意图；图4是本专利技术第二实施例提供的所述标准信号的幅频特性曲线示意图；图5是本专利技术第三实施例提供的一种气动肌肉径向碰撞感测系统的结构示意图；图6本专利技术第三实施例提供的一种信号采集处理系统的结构示意图；图7是本专利技术第三实施例提供的一种信号调整电路的电路原理图；图8是本专利技术第三实施例提供的一种放大电路的电路原理图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术实施例中的差压传感器通过第一、第二引压管分别连接气动肌肉的第一端部和第二端部，所述差压传感器能够实时测量所述气动肌肉管腔系统的压差，未发生碰撞的情况下，所述差压传感器检测到的差压信号近似为零，发生碰撞时，由于管腔系统的流体阻抗影响，所述差压传感器能够检测到变化的差压信号，并将所述差压信号发送至碰撞感测模块，所述碰撞感测模块可以包括具有信号处理能力的软件与硬件的集合，如由电路模块、微控制器、上位机等组成的信号采集与处理系统，所述碰撞感测模块周期性检测接收到的所述差压信号，并将大于预设阈值的差压信号调整为标准信号，同时记录碰撞发生时间；所述碰撞感测模块进一步解析所述标准信号，获取所述标准信号的幅频特性曲线后，提取所述第一管腔系统对应的固有频率，并将所述第一管腔系统对应的固有频率注入到第一管腔系统的气动肌肉的长度l1与所述第一管腔系统对应的固有频率f之间的计算式，计算出气动肌肉发生碰撞的位置；其中，所述气动肌肉管腔系统由差压传感器的内腔、第一、第二引压管的内腔及连接所述第二引压管的电磁比例阀的内腔组成。本专利技术实施例提供一种气动肌肉本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种气动肌肉径向碰撞感测方法，其特征在于，所述方法包括：周期性检测差压传感器的差压信号，若所述差压信号的值大于预设阈值，则确认所述气动肌肉发生碰撞，并记录大于预设阈值的差压信号和发生碰撞的时间；将所述大于预设阈值的差压信号调整为标准信号，解析所述标准信号，获取所述标准信号的幅频特性曲线；根据所述标准信号的幅频特性曲线，提取第一管腔系统对应的固有频率，所述第一管腔系统包括连接气动肌肉的第一端部的第一引压管的内腔、所述差压传感器中连接所述第一引压管的内腔以及气动肌肉的第一端部至发生碰撞的位置处对应的内腔所组成的连通腔室；将所述第一管腔系统对应的固有频率注入第一管腔系统的气动肌肉的长度l1与所述第一管腔系统对应的固有频率f之间的计算式，计算出气动肌肉发生碰撞的位置并显示计算结果。

【技术特征摘要】
1.一种气动肌肉径向碰撞感测方法，其特征在于，所述方法包括：周期性检测差压传感器的差压信号，若所述差压信号的值大于预设阈值，则确认所述气动肌肉发生碰撞，并记录大于预设阈值的差压信号和发生碰撞的时间；所述差压传感器能够实时测量所述气动肌肉管腔系统的压差；将所述大于预设阈值的差压信号调整为标准信号，解析所述标准信号，获取所述标准信号的幅频特性曲线；根据所述标准信号的幅频特性曲线，提取第一管腔系统对应的固有频率，所述第一管腔系统包括连接气动肌肉的第一端部的第一引压管的内腔、所述差压传感器中连接所述第一引压管的内腔以及气动肌肉的第一端部至发生碰撞的位置处对应的内腔所组成的连通腔室；将所述第一管腔系统对应的固有频率注入第一管腔系统的气动肌肉的长度l1与所述第一管腔系统对应的固有频率f之间的计算式，计算出气动肌肉发生碰撞的位置并显示计算结果；其中，所述气动肌肉的第二端部连接第二引压管，所述第二引压管连接所述差压传感器和电磁比例阀，所述电磁比例阀通过气管连接气泵，气动肌肉管腔系统由所述差压传感器的内腔、所述第一、第二引压管的内腔及连接所述第二引压管的电磁比例阀的内腔组成；其中，所述计算式为l1＝aarctan(Zc2/(Zc1tan(2πl2f/a)))/2πfa为声速，a＝340m/s，Zc1为气动肌肉的特性阻抗，Zc2为第一引压管的特性阻抗，Zc1/Zc2＝16，l2为所述第一引压管的长度，l2＝0.293m，f为所述固有频率，l1为所述第一管腔系统的气动肌肉的长度。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述标准信号的幅频特性曲线，提取第一管腔系统对应的固有频率之后，所述方法还包括：获取所述第一管腔系统的气动肌肉的长度l1与所述第一管腔系统对应的固有频率f之间的关系。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述获取所述第一管腔系统的气动肌肉的长度l1与所述第一管腔系统对应的固有频率f之间的关系包括：将声速a、特性阻抗比Zc2/Zc1及所述第一引压管的长度l2的值注入所述第一管腔系统的气动肌肉的长度l1与所述第一管腔系统对应的固有频率f之间的计算式l1＝aarctan(Z...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲍春雷，王斌锐，骆浩华，金英连，陈杭升，
申请(专利权)人：中国计量学院，
类型：发明
国别省市：浙江;33