一种集成水凝胶传感器的自传感二自由度软致动器制造技术

本发明专利技术提出了一种集成水凝胶传感器的自传感二自由度软致动器，以解决现有软机器臂控制精确差、及容易产生形变偏移的问题；包括作为软机器臂用的软体执行器本体，软体执行器本体由内芯和外层组成，内芯和外层之间设有螺旋状用于限制软体执行器本体径向膨胀的纤维丝，内芯和外层之间设有位于纤维丝外侧的自传感器组件，内芯中开设有两个上下贯通的腔室，外层上端设有与其同轴的连接座，软体执行器本体上方设有可卡接在连接座上的支撑组件，内芯的下端固接有用于封堵腔室开口的封板，连接座上开设有两个与腔室一一对应的通气孔。开设有两个与腔室一一对应的通气孔。开设有两个与腔室一一对应的通气孔。

【技术实现步骤摘要】
一种集成水凝胶传感器的自传感二自由度软致动器


[0001]本专利技术涉及软体机器人的运动控制
，特别是一种集成水凝胶传感器的自传感二自由度软致动器。

技术介绍

[0002]随着机器人技术应用领域的扩大，刚体机器人的使用已经无法满足日益复杂的场景，软体机器人采用柔性材料，具有能够模仿软体生物的优点，在各种刚体机器人使用乏力的场景大展身手，其中气动软体机器人是软体机器人中的一个重要分支，也是目前最为火热的一个研究领域；各种不同的软体机器人结构和机器臂被提出来，软硅胶材料制成的纤维加强型腔式机器臂，就是一种被广泛使用的软体机器臂，它具有多自由度，高顺应性，工作空间大的特点，可以使用于各种复杂的应用场景。
[0003]但是多自由度、高顺应性是软体器人式机器臂(软机械臂)独特的优势，同时也有其无可避免的缺点，主要体现在两个方面，第一是高自由度带来的控制方面的难度，软机器人的控制一直是领域内的一个难题，无法较为精确的控制其运动位置，在一定程度上制约了其在工业上的应用；第二就是高顺性导致其较弱的负载承受刚度，当软机器臂承受负载的时候，容易出现变形导致其位置点出现很大偏移，进一步提升控制难度，更加限制了其在应用领域的发展。

技术实现思路

[0004]针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本专利技术提供一种集成水凝胶传感器的自传感二自由度软致动器，作用于软机械臂中，以解决现有软机器臂控制精确差、及容易产生形变偏移的问题。
[0005]其解决的技术方案是，本专利技术包括作为软机器臂用的软体执行器本体，软体执行器本体由内芯和外层组成，内芯和外层之间设有螺旋状用于限制软体执行器本体径向膨胀的纤维丝，内芯和外层之间设有位于纤维丝外侧的自传感器组件，内芯中开设有两个上下贯通的腔室，外层上端设有与其同轴的连接座，软体执行器本体1上方设有可卡接在连接座5上的支撑组件2，内芯的下端固接有用于封堵腔室开口的封板，连接座上开设有两个与腔室一一对应的通气孔。
[0006]进一步地，所述自传感器组件包括两个分别位于软体执行器本体两侧的水凝胶柔性应变传感器，每个水凝胶柔性应变传感器对应一个腔室，每个水凝胶柔性应变传感器的两端分别连接有电极和导线总成。
[0007]进一步地，所述水凝胶柔性应变传感器包括一根柔性的导电水凝胶，导电水凝胶的两端分别设有包覆在其外侧的铜套，所述电极和导线总成包括铜线和与铜线连接的垫片，每个铜套上分别焊接有垫片。
[0008]进一步地，所述连接座的直径大于外层的外径，所述封板的直径等于外层的外径。
[0009]进一步地，所述支撑组件包括分别位于连接座上侧的支撑板和位于连接座下侧的
压板，将连接座夹紧在支撑板和压板之间。
[0010]进一步地，所述支撑板上设有两个通气嘴，通气嘴可沿通气孔插入到腔室内。
[0011]采用本专利技术提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：
[0012]1、软体执行器本体作为软机器臂，利用两组水凝胶柔性应变传感器与两组腔室的相互配合，在一定程度上兼具了软机器人高自由度、高顺应性的优点，纤维丝作用于软体执行器本体内，起到限制软体执行器本体的径向膨胀的作用，大大提高了机械臂的负载承受能力；
[0013]2、当机械臂承受负载时，由于软体的特性，会产生一定的形变，通过控制算法，对导电水凝胶的电阻值进行测量即可得知机械臂末端实际位置和理论位置的偏差，从而及时进行气压补偿，增强其负载承受能力，再通过自传感器组件和软体执行器本体的配合作用，即可实时观测机械臂的末端位置，从而实现了软机器臂负载自动补偿功能，显著提升了纠偏控制的效果，提高软机器臂控制的精准度。
附图说明
[0014]图1是本专利技术的仰视轴测示意图。
[0015]图2是本专利技术正视时的透视图。
[0016]图3是本专利技术全剖结构示意图。
[0017]图4是本专利技术软体执行器本体的内芯和外层剥离开后的结构示意图。
[0018]图5是本专利技术支撑组件拆解后的结构示意图。
[0019]图6是本专利技术工作状态解析图。
[0020]图7是本专利技术控制算法的公式。
[0021]图8是本专利技术水凝胶柔性应变传感器的制作流程图。
[0022]示意图中的标号说明：
[0023]1、软体执行器本体；101、内芯；102、外层；103、腔室；2、支撑组件；201、支撑板；202、压板；203、锁紧螺栓；204、通气嘴；3、纤维丝；4、自传感器组件；401、水凝胶柔性应变传感器；402、电极和导线总成；5、连接座；501、通气孔；6、封板；7、导电水凝胶；8、铜套；801、黄铜片；9、铜线；10、垫片。
具体实施方式
[0024]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做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。
[0025]本专利技术的目的是提供一种集成水凝胶传感器的自传感二自由度软致动器，以解决现有技术存在的问题，提高软机器臂的控制精度，改善软机械臂的负载自动补偿功能。
[0026]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。
[0027]参考附图1
‑
5，一种集成水凝胶传感器的自传感二自由度软致动器，包括作为软机器臂用的软体执行器本体1，软体执行器本体1由内芯101和外层102组成，内芯101和外层
102之间设有螺旋状用于限制软体执行器本体1径向膨胀的纤维丝3，内芯101和外层102之间设有位于纤维丝3外侧的自传感器组件4，内芯101中开设有两个上下贯通的腔室103，外层102上端设有与其同轴的连接座5，软体执行器本体1上方设有可卡接在连接座5上的支撑组件2，内芯的下端固接有用于封堵腔室103开口的封板6，连接座5上开设有两个与腔室103一一对应的通气孔501；
[0028]水凝胶柔性应变传感器401的制作流程如下：
[0029]如图8所示，首先把黄铜片801弯曲成大小刚好可以紧套在导电水凝胶上7的铜套8，然后把铜套8套紧在导电水凝胶7的一端，之后把电极和导线总成402中与铜线9连接的垫片10用锡焊焊接在铜套8的一侧，最后将导电水凝胶7另一端也重复以上过程，便完成了一个水凝胶柔性应变传感器401的制造。
[0030]软体执行器本体1的制作流程如下：
[0031]如图4所示，软体执行器本体1以纤维丝3为界可以分为内外两层(即内芯101和外层102)，先使用模具单独倒模出内芯101，内芯101中包含两个上下贯通的腔室103，在内芯101的外侧缠绕纤维丝3，纤维丝3用于限制软体执行器本体1的径向膨胀，两个水凝胶柔性应变传感器401分别对应两个腔室103的外侧，并通过快速硅胶胶水将水凝胶柔性应变传感器401粘接在内芯1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种集成水凝胶传感器的自传感二自由度软致动器，包括作为软机器臂用的软体执行器本体(1)，其特征在于，软体执行器本体(1)由内芯(101)和外层(102)组成，内芯(101)和外层(102)之间设有螺旋状用于限制软体执行器本体(1)径向膨胀的纤维丝(3)，内芯(101)和外层(102)之间设有位于纤维丝(3)外侧的自传感器组件(4)，内芯(101)中开设有两个上下贯通的腔室(103)，外层(102)上端设有与其同轴的连接座(5)，软体执行器本体(1)上方设有可卡接在连接座(5)上的支撑组件(2)，内芯(101)的下端固接有用于封堵腔室(103)开口的封板(6)，连接座(5)上开设有两个与腔室(103)一一对应的通气孔(501)。2.根据权利要求1所述的一种集成水凝胶传感器的自传感二自由度软致动器，其特征在于，所述自传感器组件(4)包括两个分别位于软体执行器本体(1)两侧的水凝胶柔性应变传感器(401)，每个水凝胶柔性应变传感器(401)对应一个腔室(103)，每个水凝胶柔性应变传感器(401)的两端分别连接有电极和导线总成(402)。3...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨扬，郑云，杨毅，钟宋义，邵文韫，王日英，彭艳，丁卫，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：