一種氣動肌肉徑向碰撞感測方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種氣動肌肉徑向碰撞感測方法及系統(tǒng)。所述方法包括周期性檢測差壓傳感器的差壓信號，若所述差壓信號的值大于預(yù)設(shè)閾值，則確認(rèn)所述氣動肌肉發(fā)生碰撞；將所述大于預(yù)設(shè)閾值的差壓信號調(diào)整為標(biāo)準(zhǔn)信號，獲取所述標(biāo)準(zhǔn)信號的幅頻特性曲線；根據(jù)所述標(biāo)準(zhǔn)信號的幅頻特性曲線，提取第一管腔系統(tǒng)對應(yīng)的固有頻率；將所述第一管腔系統(tǒng)對應(yīng)的固有頻率注入第一管腔系統(tǒng)的氣動肌肉的長度l1與所述第一管腔系統(tǒng)對應(yīng)的固有頻率f之間的計算式，計算出氣動肌肉發(fā)生碰撞的位置。本發(fā)明實施例克服了僅將管腔效應(yīng)視為一種負面影響的技術(shù)偏見，提出了一種基于管腔效應(yīng)的新的碰撞感測方法及系統(tǒng)，可以簡化仿生機器人碰撞感測結(jié)構(gòu)，降低感測成本。
【專利說明】一種氣動肌肉徑向碰撞感測方法及系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及碰撞檢測【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種氣動肌肉徑向碰撞感測方法及系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]氣動肌肉是一種新型的驅(qū)動器，由橡膠管和金屬編織網(wǎng)組成。通過給氣動肌肉充氣，氣動肌肉收縮，產(chǎn)生驅(qū)動力。以氣動肌肉驅(qū)動的機械臂為例，如果手臂與周圍環(huán)境產(chǎn)生了碰撞，安裝在操作部位的接觸式傳感器并不能感知碰撞的發(fā)生?，F(xiàn)有的機械臂的臂架的碰撞檢測方案主要有兩種，第一種為在整個手臂上安裝多個傳感器，形成一個類似皮膚的神經(jīng)感知網(wǎng)，該方案成本高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、計算困難；第二種是在臂架上添加壓力腔，測量壓力腔的絕對壓力來檢測碰撞，這種方法的前提是壓力腔內(nèi)部的絕對壓力在碰撞發(fā)生之前是恒定的，只有在碰撞發(fā)生時，絕對壓力才會變化。氣動肌肉在工作時，內(nèi)部絕對壓力會不斷變化，因此無法直接通過測量絕對壓力來判斷氣動肌肉是否發(fā)生碰撞。
[0003]管腔是指傳感器膜片與被測壓力點之間的引壓管和傳感器腔室。管腔效應(yīng)是指管腔的存在會使傳感器測得的壓力與被測壓力點的真實壓力之間出現(xiàn)幅值的偏差和相位的滯后。管腔效應(yīng)是在研究壓力傳感器的動態(tài)特性中提出的理論知識，不同管腔系統(tǒng)對壓力測量的影響不同。傳感器和管腔組成的測量系統(tǒng)的固有頻率主要取決于管腔的固有頻率，因為傳感器的固有頻率遠遠高于管腔的固有頻率。論文《動態(tài)差壓檢測系統(tǒng)的共模誤差研究》、《壓力傳感器頻率響應(yīng)的分析》、《引壓管路對動態(tài)差壓檢測影響的分析》等都對管腔效應(yīng)進行了研究，但是都是將管腔效應(yīng)視為一種負面的影響，是引起壓力傳感器動態(tài)測量誤差的主要因素。本發(fā)明提出通過差壓傳感器測量氣動肌肉管腔系統(tǒng)的差壓信號來感知碰撞，并基于管腔效應(yīng)和流體阻抗法的有關(guān)知識計算碰撞位置。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對上述缺陷，本發(fā)明實施例提供了一種氣動肌肉徑向碰撞感測方法及系統(tǒng)，克服僅將管腔效應(yīng)視為一種負面影響的技術(shù)偏見，提出了一種基于管腔效應(yīng)的新的碰撞感測方法及系統(tǒng)，可以簡化仿生機器人碰撞感測結(jié)構(gòu)，降低感測成本。
[0005]本發(fā)明提供的一種氣動肌肉徑向碰撞感測方法，包括:
[0006]周期性檢測差壓傳感器的差壓信號，若所述差壓信號的值大于預(yù)設(shè)閾值，則確認(rèn)所述氣動肌肉發(fā)生碰撞，并記錄大于預(yù)設(shè)閾值的差壓信號和發(fā)生碰撞的時間；
[0007]將所述大于預(yù)設(shè)閾值的差壓信號調(diào)整為標(biāo)準(zhǔn)信號，解析所述標(biāo)準(zhǔn)信號，獲取所述標(biāo)準(zhǔn)信號的幅頻曲線圖；
[0008]根據(jù)所述標(biāo)準(zhǔn)信號的幅頻曲線圖，提取第一管腔系統(tǒng)對應(yīng)的固有頻率，所述第一管腔系統(tǒng)包括連接氣動肌肉的第一端部的第一引壓管的內(nèi)腔、所述差壓傳感器中連接所述第一引壓管的內(nèi)腔以及氣動肌肉的第一端部至發(fā)生碰撞的位置處對應(yīng)的內(nèi)腔所組成的連通腔室；
[0009]將所述第一管腔系統(tǒng)對應(yīng)的固有頻率注入第一管腔系統(tǒng)的氣動肌肉的長度I1與所述第一管腔系統(tǒng)對應(yīng)的固有頻率f之間的計算式，計算出氣動肌肉發(fā)生碰撞的位置并顯示計算結(jié)果。
[0010]本發(fā)明提供的一種氣動肌肉徑向碰撞感測系統(tǒng)，包括:
[0011]—根氣動肌肉，所述氣動肌肉具有相對設(shè)置的一個第一端部和一個第二端部；
[0012]一根第一引壓管，所述第一引壓管具有相對的一個第一接口和一個第二接口，所述第一接口連接所述氣動肌肉的所述第一端部；
[0013]一根第二引壓管，所述第二引壓管具有一個第三接口、一個第四接口及一個第五接口，所述第三接口連接所述氣動肌肉的所述第二端部；
[0014]一個差壓傳感器，所述差壓傳感器的兩個接口分別連接所述第一引壓管的第二接口和所述第二引壓管的第四接口；
[0015]一個信號采集處理系統(tǒng)，所述信號采集處理系統(tǒng)連接所述差壓傳感器的信號線；
[0016]一根氣管，所述氣管具有相對的一個第一通氣口和一個第二通氣口 ；
[0017]一個氣泵，所述氣泵的出氣口連接所述氣管的第一通氣口 ；
[0018]一個電磁比例閥，所述電磁比例閥安裝在所述第二引壓管的第五接口與所述氣管的第二通氣口之間，所述電磁比例閥用于調(diào)節(jié)氣動肌肉內(nèi)部的壓強；
[0019]兩個支撐件，所述支撐件包括一個主體板及由所述主體板垂直延伸出來的一個側(cè)板，所述兩個支撐件的兩個側(cè)板分別連接所述氣動肌肉的第一端部和第二端部以固持所述氣動肌肉。
[0020]本發(fā)明實施例中，碰撞感測模塊周期性檢測差壓傳感器的差壓信號，若所述差壓信號的值大于預(yù)設(shè)閾值，則確認(rèn)所述氣動肌肉發(fā)生碰撞，并記錄大于預(yù)設(shè)閾值的差壓信號和發(fā)生碰撞的時間；將所述大于預(yù)設(shè)閾值的差壓信號調(diào)整為標(biāo)準(zhǔn)信號，解析所述標(biāo)準(zhǔn)信號，獲取所述標(biāo)準(zhǔn)信號的幅頻曲線圖；根據(jù)所述標(biāo)準(zhǔn)信號的幅頻曲線圖，提取第一管腔系統(tǒng)對應(yīng)的固有頻率，所述第一管腔系統(tǒng)包括連接氣動肌肉的第一端部的第一引壓管的內(nèi)腔、所述差壓傳感器中連接所述第一引壓管的內(nèi)腔以及氣動肌肉的第一端部至發(fā)生碰撞的位置處對應(yīng)的內(nèi)腔所組成的連通腔室；將所述第一管腔系統(tǒng)對應(yīng)的固有頻率注入第一管腔系統(tǒng)的氣動肌肉的長度I1與所述第一管腔系統(tǒng)對應(yīng)的固有頻率f之間的計算式，計算出氣動肌肉發(fā)生碰撞的位置并顯示計算結(jié)果。
[0021]通過實施本發(fā)明實施例，提出了一種基于管腔效應(yīng)的新的碰撞感測方法及系統(tǒng)，克服了僅將管腔效應(yīng)視為一種負面影響的技術(shù)偏見，可以簡化仿生機器人碰撞感測結(jié)構(gòu)，降低感測成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0023]圖1是本發(fā)明第一實施例提供的一種氣動肌肉徑向碰撞感測方法的流程示意圖；
[0024]圖2是本發(fā)明第二實施例提供的一種氣動肌肉徑向碰撞感測方法的流程示意圖；
[0025]圖3是本發(fā)明第二實施例提供的所述第一管腔系統(tǒng)等效結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖4是本發(fā)明第二實施例提供的所述標(biāo)準(zhǔn)信號的幅頻特性曲線示意圖；
[0027]圖5是本發(fā)明第三實施例提供的一種氣動肌肉徑向碰撞感測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖6本發(fā)明第三實施例提供的一種信號采集處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖7是本發(fā)明第三實施例提供的一種信號調(diào)整電路的電路原理圖；
[0030]圖8是本發(fā)明第三實施例提供的一種放大電路的電路原理圖。

【具體實施方式】
[0031]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0032]本發(fā)明實施例中的差壓傳感器通過第一、第二引壓管分別連接氣動肌肉的第一端部和第二端部，所述差壓傳感器能夠?qū)崟r測量所述氣動肌肉管腔系統(tǒng)的壓差，未發(fā)生碰撞的情況下，所述差壓傳感器檢測到的差壓信號近似為零，發(fā)生碰撞時，由于管腔系統(tǒng)的流體阻抗影響，所述差壓傳感器能夠檢測到變化的差壓信號，并將所述差壓信號發(fā)送至碰撞感測模塊，所述碰撞感測模塊可以包括具有信號處理能力的軟件與硬件的集合，如由電路模塊、微控制器、上位機等組成的信號采集與處理系統(tǒng)，所述碰撞感測模塊周期性檢測接收到的所述差壓信號，并將大于預(yù)設(shè)閾值的差壓信號調(diào)整為標(biāo)準(zhǔn)信號，同時記錄碰撞發(fā)生時間；所述碰撞感測模塊進一步解析所述標(biāo)準(zhǔn)信號，獲取所述標(biāo)準(zhǔn)信號的幅頻特性曲線后，提取所述第一管腔系統(tǒng)對應(yīng)的固有頻率，并將所述第一管腔系統(tǒng)對應(yīng)的固有頻率注入到第一管腔系統(tǒng)的氣動肌肉的長度I1與所述第一管腔系統(tǒng)對應(yīng)的固有頻率f之間的計算式，計算出氣動肌肉發(fā)生碰撞的位置；其中，所述氣動肌肉管腔系統(tǒng)由差壓傳感器的內(nèi)腔、第一、第二引壓管的內(nèi)腔及連接所述第二引壓管的電磁比例閥的內(nèi)腔組成。
[0033]本發(fā)明實施例提供一種氣動肌肉徑向碰撞感測方法及系統(tǒng)，提出了一種基于管腔效應(yīng)的新的碰撞感測方法及系統(tǒng)，克服了僅將管腔效應(yīng)視為一種負面影響的技術(shù)偏見，可以簡化仿生機器人碰撞感測結(jié)構(gòu)，降低感測成本。下面分別進行詳細介紹。
[0034]請參閱圖1，為本發(fā)明第一實施例提供的一種氣動肌肉徑向碰撞感測方法流程示意圖。其中，圖1所示的氣動肌肉徑向碰撞感測方法是從碰撞感測模塊的角度描述的。如圖1所示，本氣動肌肉徑向碰撞感測方法可以包括以下步驟:
[0035]101:周期性檢測差壓傳感器的差壓信號，若所述差壓信號的值大于預(yù)設(shè)閾值，則確認(rèn)所述氣動肌肉發(fā)生碰撞，并記錄大于預(yù)設(shè)閾值的差壓信號和發(fā)生碰撞的時間；
[0036]102:將所述大于預(yù)設(shè)閾值的差壓信號調(diào)整為標(biāo)準(zhǔn)信號，解析所述標(biāo)準(zhǔn)信號，獲取所述標(biāo)準(zhǔn)信號的幅頻曲線圖；
[0037]本實施例中，將所述大于預(yù)設(shè)閾值的差壓信號通過信號調(diào)理電路轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)信號，對所述標(biāo)準(zhǔn)信號進行傅里葉變換，得到所述標(biāo)準(zhǔn)信號的幅頻特性曲線。
[0038]103:根據(jù)所述標(biāo)準(zhǔn)信號的幅頻特性曲線，提取第一管腔系統(tǒng)對應(yīng)的固有頻率，所述第一管腔系統(tǒng)包括連接氣動肌肉的第一端部的第一引壓管的內(nèi)腔、所述差壓傳感器中連接所述第一引壓管的內(nèi)腔以及氣動肌肉的第一端部至發(fā)生碰撞的位置處對應(yīng)的內(nèi)腔所組成的連通腔室；
[0039]104:將所述第一管腔系統(tǒng)對應(yīng)的固有頻率注入第一管腔系統(tǒng)的氣動肌肉的長度I1與所述第一管腔系統(tǒng)對應(yīng)的固有頻率f之間的計算式，計算出氣動肌肉發(fā)生碰撞的位置并顯不計算結(jié)果。
[0040]圖1所描述的碰撞感測方法中，克服了僅將管腔效應(yīng)視為一種負面影響的技術(shù)偏見，提出了一種基于管腔效應(yīng)的新的碰撞感測方法，可以簡化仿生機器人碰撞感測結(jié)構(gòu)，降低感測成本。
[0041]請參閱圖2，為本發(fā)明第二實施例提供的一種氣動肌肉徑向碰撞感測方法流程示意圖。其中，圖2所示的氣動肌肉徑向碰撞感測方法是從碰撞感測模塊的角度描述的。如圖2所示，本氣動肌肉徑向碰撞感測方法可以包括以下步驟:
[0042]201，周期性檢測差壓傳感器的差壓信號，若所述差壓信號的值大于預(yù)設(shè)閾值，則確認(rèn)所述氣動肌肉發(fā)生碰撞，并記錄大于預(yù)設(shè)閾值的差壓信號和發(fā)生碰撞的時間；
[0043]202，將所述大于預(yù)設(shè)閾值的差壓信號調(diào)整為標(biāo)準(zhǔn)信號，解析所述標(biāo)準(zhǔn)信號，獲取所述標(biāo)準(zhǔn)信號的幅頻特性曲線；
[0044]本實施例中，如圖3所示，圖3中的三條曲線分別為所述氣動肌肉在20mm、100mm、200mm三個不同位置發(fā)生碰撞時，所述標(biāo)準(zhǔn)信號的幅頻特性曲線圖。
[0045]203，根據(jù)所述標(biāo)準(zhǔn)信號的幅頻特性曲線，提取第一管腔系統(tǒng)對應(yīng)的固有頻率，所述第一管腔系統(tǒng)包括連接氣動肌肉的第一端部的第一引壓管的內(nèi)腔、所述差壓傳感器中連接所述第一引壓管的內(nèi)腔以及氣動肌肉的第一端部至發(fā)生碰撞的位置處對應(yīng)的內(nèi)腔所組成的連通腔室；
[0046]由于所述標(biāo)準(zhǔn)信號的頻率與所述管腔系統(tǒng)的固有頻率相同時產(chǎn)生共振，因此所述標(biāo)準(zhǔn)信號的幅值會出現(xiàn)峰值，所以所述標(biāo)準(zhǔn)信號的幅頻特性曲線圖中的峰值所在位置的頻率就是所述管腔系統(tǒng)的固有頻率，這里所述管腔系統(tǒng)包括第一、第二、第三管腔系統(tǒng)，所述第二管腔系統(tǒng)包括所述氣動肌肉從發(fā)生碰撞位置處至所述第二端部的內(nèi)腔、所述第二引壓管的內(nèi)腔及所述差壓傳感器中與所述第二引壓管的第四接口對應(yīng)的內(nèi)腔所組成的連通腔室，所述第三管腔系統(tǒng)包括所述電磁比例閥的反射回路與所述第二管腔系統(tǒng)組成的連通腔室;
[0047]提取本實施例中步驟202中所述三條曲線中的所述第一管腔系統(tǒng)的固有頻率，分別為 288Hz、282Hz、274Hz ；
[0048]204，獲取所述第一管腔系統(tǒng)的氣動肌肉的長度I1與所述第一管腔系統(tǒng)對應(yīng)的固有頻率f之間的關(guān)系；
[0049]本實施例中，獲取所述第一管腔系統(tǒng)的氣動肌肉的長度I1與所述第一管腔系統(tǒng)對應(yīng)的固有頻率f之間的關(guān)系具體包括:
[0050]如圖4所示，為將第一管腔系統(tǒng)等效為異徑管腔系統(tǒng)的示意圖，所述異徑管腔系統(tǒng)由氣動肌肉、所述第一引壓管及所述差壓傳感器的內(nèi)腔組成(差壓傳感器內(nèi)腔的直徑接近所述第一引壓管內(nèi)腔的直徑，差壓傳感器內(nèi)腔的長度則非常短，因此近似等效，存在第一偏差)，基于流體阻抗理論，計算出異徑管腔系統(tǒng)的第一計算式
? I] - P{) cosh( jo)l' ! a)-Z ,Q, sinh( /W1 / a)
[0051]I
I Q} =..-P1, sinh( jcol' / a) I Z1 + Qv cosh( jojl' / a) 和第二計算式
^Py-Pi cosh(X /a)-Zt Qx sinh(/a)/, /a)
I = -Pi sinh( /&>/? / a) i Z + Qi cosh(./W? / a)
[0052]其中，PpQci分別為所述氣動肌肉發(fā)生碰撞的位置對應(yīng)的內(nèi)腔處的壓強和流量的傅里葉變換，PpQ1分別為所述第一端部對應(yīng)的內(nèi)腔處的壓強和流量的傅里葉變換，P2、Q2分別為所述差壓傳感器的內(nèi)腔處的壓強和流量的傅里葉變換；lp I2分別為所述第一管腔系統(tǒng)的所述氣動肌肉的長度和所述第一引壓管的長度，a為聲速，Zc^Ze2分別為所述氣動肌肉和所述第一引壓管的特性阻抗；
[0053]根據(jù)所述異徑管腔系統(tǒng)的所述第一計算式、所述第二計算式及流體阻抗參數(shù)計算式Zi = PiAii,計算出包含有流體阻抗參數(shù)的第三計算式
ζ _ 2{)-]ΖιΛ tan(^/, ?α) ζ
—/Zn ?￡ΙΠ(?""/| / U) + Z ?
<
7 _ Z1 -JZr2 lan(^/2 i α) ?
?-/ 2c,
-/Z1 tan(⑴/’ /a) + Zr0 ("
[0054]其中，Zi為所述流體阻抗參數(shù)，i的值為O或I或2，即Ztl為所述氣動肌肉發(fā)生碰撞位置對應(yīng)的內(nèi)腔處的流體阻抗，Z1為所述第一端部對應(yīng)的內(nèi)腔處的流體阻抗，Z2為所述差壓傳感器的內(nèi)腔處的流體阻抗，發(fā)生碰撞位置處的流體阻抗Ztl的值為零，差壓傳感器中封閉的膜片處對應(yīng)的流體阻抗Z2趨近于無窮大；
[0055]根據(jù)所述包含有流體阻抗參數(shù)的第三計算式和τ,、Z2的值，計算出所述第一管腔系統(tǒng)的氣動肌肉的長度I1與所述第一管腔系統(tǒng)對應(yīng)的固有頻率f之間的計算式為
[0056]I1 = a arctan (Zc2/ (Zcltan (2 π l2f/a))) /2 π f
[0057]當(dāng)聲速a = 340m/s,特性阻抗比Ze2/Zel = 16,所述第一引壓管的長度I2 = 0.293m時，計算得到所述第一管腔系統(tǒng)的氣動肌肉的長度I1與所述第一管腔系統(tǒng)對應(yīng)的固有頻率f之間的計算式為
[0058]I1 = 54.14arctan (16/tan (0.005415f) /f
[0059]205，將所述第一管腔系統(tǒng)對應(yīng)的固有頻率注入第一管腔系統(tǒng)的氣動肌肉的長度I1與所述第一管腔系統(tǒng)對應(yīng)的固有頻率f之間的計算式，計算出氣動肌肉發(fā)生碰撞的位置并顯示計算結(jié)果。
[0060]本實施例中，將所述第一管腔系統(tǒng)的固有頻率288Hz、282Hz、274Hz分別注入所述第一管腔系統(tǒng)的氣動肌肉的長度I1與所述第一管腔系統(tǒng)對應(yīng)的固有頻率f之間的計算式，計算出碰撞位置分別為33.84mm、117.5mm、187.6mm。
[0061]以上計算結(jié)果與實際碰撞位置進行比較，誤差分別為13.84mm、17.5mm、-12.4mm,
這是由于實驗中碰撞位置誤差、異徑管腔系統(tǒng)模型誤差以及所述第一偏差的影響，導(dǎo)致精度不高。但作為一種新的碰撞感測方法，在測量精度要求不高的場合已經(jīng)能夠滿足應(yīng)用，且通過減小各類誤差可以提高感測精度。
[0062]圖2所描述的碰撞感測方法中，克服了僅將管腔效應(yīng)視為一種負面影響的技術(shù)偏見，提出基于管腔效應(yīng)和流體阻抗理論計算碰撞位置的新的碰撞感測方法，可以簡化仿生機器人碰撞感測結(jié)構(gòu)，降低感測成本。
[0063]如圖5所示，為本發(fā)明第三實施例提供一種氣動肌肉徑向碰撞感測系統(tǒng)100，其包括:一個氣動肌肉10、一根第一引壓管20、一根第二引壓管30、一個差壓傳感器40、一個信號米集處理系統(tǒng)50、一根氣管60、一個氣泵70、一個電磁比例閥80以及兩個支撐件90。
[0064]本實施例中，所述氣動肌肉10為圓柱形空管，且具有相對設(shè)置的一個第一端部101和一個第二端部102 ；
[0065]所述第一引壓管20具有相對的一個第一接口和一個第二接口，所述第一接口連接所述氣動肌肉10的第一端部對應(yīng)的接口 ；
[0066]所述第二引壓管30具有一個第三接口、一個第四接口及一個第五接口，所述第三接口連接所述氣動肌肉10的第二端部對應(yīng)的接口 ；
[0067]所述差壓傳感器40的兩個接口分別連接所述第一引壓管20的第二接口和所述第二引壓管30的第四接口 ；
[0068]所述信號采集處理系統(tǒng)50連接所述差壓傳感器的信號線；
[0069]所述氣管60具有相對的一個第一通氣口和一個第二通氣口 ；
[0070]所述氣泵70的出氣口連接所述氣管的第一通氣口 ；
[0071]所述電磁比例閥80安裝在所述第二引壓管的第五接口與所述氣管的第二通氣口之間，所述電磁比例閥用于調(diào)節(jié)氣動肌肉內(nèi)部的壓強；
[0072]所述支撐件90包括一個主體板及由所述主體板垂直延伸出來的一個側(cè)板，所述兩個支撐件的兩個側(cè)板分別連接所述氣動肌肉的第一端部和第二端部以固持所述氣動肌肉。
[0073]如圖6所示，本實施例中，所述信號采集處理系統(tǒng)50包括微控制器單元、復(fù)位電路、電源電路、信號調(diào)整電路、放大電路、Α/D轉(zhuǎn)換電路、電平轉(zhuǎn)換電路、收發(fā)模塊、上位機；其中，所述微控制器單元包括處理器芯片及其外圍電路；
[0074]所述復(fù)位電路、所述電源電路的輸出端連接所述處理器芯片的第一輸入端，所述差壓傳感器經(jīng)所述信號調(diào)整電路、所述放大電路、所述Α/D轉(zhuǎn)換電路及所述電平轉(zhuǎn)換電路連接所述處理器芯片的第二輸入端，所述處理器芯片的輸出端與所述上位機雙向通信。
[0075]如圖7所示，所述信號調(diào)整電路包括光耦Ul、電容Cl、電阻R21、電阻R22和三腳接線柱Jl，三腳接線柱Jl的I號管腳連接在正24V直流電源上，電容Cl的一端和三腳接線柱Jl的I號管腳串聯(lián)，電容Cl的另一端接地，三腳接線柱Jl的2號管腳通過電阻R21串聯(lián)在光耦Ul的正極，光耦Ul的負極和集電極接地，光耦Ul的發(fā)射極串聯(lián)電阻R22后接入正5V直流電源；
[0076]如圖8所示，所述放大電路包括運放器Al、A2、電阻Rl、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R1、Rll和電容C。電阻R1、電阻R2、電阻R6和電阻R5依次首尾串聯(lián)，在電阻Rl和電阻R2之間的節(jié)點上電連接電阻R4，電阻R4的中間節(jié)點上電連接電阻R3，電阻R4串聯(lián)在運放器Al的同相輸入端，運放器Al的同相輸入端和運放器A2的同相輸入端之間串聯(lián)滑動變阻器R7和電阻R8，運放器Al的反相輸入端和輸出端之間串聯(lián)電阻R9，運放器A2的反相輸入端和輸出端之間串聯(lián)電阻R10，運放器Al的輸出端和運放器A2的輸出端之間串聯(lián)電阻Rll和電容C ;
[0077]所述Α/D轉(zhuǎn)換電路包括ADS7864芯片。
[0078]通過上述實施例的描述，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
[0079]本申請?zhí)岢隽艘环N基于管腔效應(yīng)的新的碰撞感測方法及系統(tǒng)，克服了僅將管腔效應(yīng)視為一種負面影響的技術(shù)偏見，可以簡化仿生機器人碰撞感測結(jié)構(gòu)，降低感測成本。
[0080]本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解上述實施例的各種方法中的全部或部分步驟是可以通過程序來指令相關(guān)的硬件來完成，該程序可以存儲于一計算機可讀存儲介質(zhì)中，存儲介質(zhì)可以包括:閃存盤、只讀存儲器(Read-Only Memory,ROM)、隨機存取器(Random AccessMemory, RAM)、磁盤或光盤等。
[0081]以上對本發(fā)明實施例所提供的一種氣動肌肉徑向碰撞感測方法及系統(tǒng)進行了詳細介紹，本文中應(yīng)用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在【具體實施方式】及應(yīng)用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。
【權(quán)利要求】
1.一種氣動肌肉徑向碰撞感測方法，其特征在于，所述方法包括: 周期性檢測差壓傳感器的差壓信號，若所述差壓信號的值大于預(yù)設(shè)閾值，則確認(rèn)所述氣動肌肉發(fā)生碰撞，并記錄大于預(yù)設(shè)閾值的差壓信號和發(fā)生碰撞的時間； 將所述大于預(yù)設(shè)閾值的差壓信號調(diào)整為標(biāo)準(zhǔn)信號，解析所述標(biāo)準(zhǔn)信號，獲取所述標(biāo)準(zhǔn)信號的幅頻特性曲線； 根據(jù)所述標(biāo)準(zhǔn)信號的幅頻特性曲線，提取第一管腔系統(tǒng)對應(yīng)的固有頻率，所述第一管腔系統(tǒng)包括連接氣動肌肉的第一端部的第一引壓管的內(nèi)腔、所述差壓傳感器中連接所述第一引壓管的內(nèi)腔以及氣動肌肉的第一端部至發(fā)生碰撞的位置處對應(yīng)的內(nèi)腔所組成的連通腔室； 將所述第一管腔系統(tǒng)對應(yīng)的固有頻率注入第一管腔系統(tǒng)的氣動肌肉的長度I1與所述第一管腔系統(tǒng)對應(yīng)的固有頻率f之間的計算式，計算出氣動肌肉發(fā)生碰撞的位置并顯示計晳社里異知米。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述標(biāo)準(zhǔn)信號的幅頻特性曲線，提取第一管腔系統(tǒng)對應(yīng)的固有頻率之后，所述方法還包括: 獲取所述第一管腔系統(tǒng)的氣動肌肉的長度I1與所述第一管腔系統(tǒng)對應(yīng)的固有頻率f之間的關(guān)系。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述獲取所述第一管腔系統(tǒng)的氣動肌肉的長度I1與所述第一管腔系統(tǒng)對應(yīng)的固有頻率f之間的關(guān)系包括: 將聲速a、特性阻抗比m及所述第一引壓管的長度I2的值注入所述第一管腔系統(tǒng)的氣動肌肉的長度I1與所述第一管腔系統(tǒng)對應(yīng)的固有頻率f之間的計算式I1 = a arctan (Zc2/ (Zcltan (2 π l2f/a))) /2 π f 計算得到所述構(gòu)成第一管腔系統(tǒng)的氣動肌肉的長度I1與所述第一管腔系統(tǒng)對應(yīng)的固有頻率f之間的計算式。
4.根據(jù)權(quán)利要求1?3任一項所述的方法，其特征在于，所述將所述大于預(yù)設(shè)閾值的差壓信號調(diào)整為標(biāo)準(zhǔn)信號，解析所述標(biāo)準(zhǔn)信號，獲取所述標(biāo)準(zhǔn)信號的幅頻特性曲線包括: 將所述大于預(yù)設(shè)閾值的差壓信號通過調(diào)理電路轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)信號，對所述標(biāo)準(zhǔn)信號進行傅里葉變換獲取所述標(biāo)準(zhǔn)信號的幅頻特性曲線。
5.一種氣動肌肉徑向碰撞感測系統(tǒng),其特征在于,所述系統(tǒng)包括: 一根氣動肌肉，所述氣動肌肉具有相對設(shè)置的一個第一端部和一個第二端部； 一根第一引壓管，所述第一引壓管具有相對的一個第一接口和一個第二接口，所述第一接口連接所述氣動肌肉的第一端部對應(yīng)的接口； 一根第二引壓管，所述第二引壓管具有一個第三接口、一個第四接口及一個第五接口，所述第三接口連接所述氣動肌肉的第二端部對應(yīng)的接口 ； 一個差壓傳感器，所述差壓傳感器的兩個接口分別連接所述第一引壓管的第二接口和所述第二引壓管的第四接口； 一個信號采集處理系統(tǒng)，所述信號采集處理系統(tǒng)連接所述差壓傳感器的信號線； 一根氣管，所述氣管具有相對的一個第一通氣口和一個第二通氣口 ； 一個氣泵，所述氣泵的出氣口連接所述氣管的第一通氣口 ； 一個電磁比例閥，所述電磁比例閥安裝在所述第二引壓管的第五接口與所述氣管的第二通氣口之間，所述電磁比例閥用于調(diào)節(jié)氣動肌肉內(nèi)部的壓強； 兩個支撐件，所述支撐件包括一個主體板及由所述主體板垂直延伸出來的一個側(cè)板，所述兩個支撐件的兩個側(cè)板分別連接所述氣動肌肉的第一端部和第二端部以固持所述氣動肌肉。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于， 所述信號采集處理系統(tǒng)包括微控制器單元、復(fù)位電路、電源電路、信號調(diào)整電路、放大電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、電平轉(zhuǎn)換電路、收發(fā)模塊、上位機； 其中，所述微控制器單元包括處理器芯片及其外圍電路； 所述復(fù)位電路、所述電源電路的輸出端連接所述處理器芯片的第一輸入端，所述差壓傳感器經(jīng)所述信號調(diào)整電路、所述放大電路、所述A/D轉(zhuǎn)換電路及所述電平轉(zhuǎn)換電路連接所述處理器芯片的第二輸入端，所述處理器芯片的輸出端與所述上位機雙向通信。
【文檔編號】G01D21/00GK104296796SQ201410472329
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年9月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月16日
【發(fā)明者】鮑春雷, 王斌銳, 駱浩華, 金英連, 陳杭升 申請人:中國計量學(xué)院