比例调压阀pwm控制气动力感再现装置及方法
【专利摘要】本发明涉及一种比例调压阀PWM控制气动力感再现装置，包括机器手腕部、机器手手掌、机器手手指、机器手手指力感驱动气缸、电压型比例调压阀、PWM控制器。机器手手掌安装在机器手腕部旋转配合孔中并能旋转，机器手手指与机器手手掌较接并能旋转，机器手手指力感驱动气缸倒置安装并同时与机器手手指与机器手手掌分别较接，气源气体经电压型比例调压阀调节气压后送入机器手手指力感驱动气缸，以产生对机器手手指的抵抗力即力感力，电压型比例调压阀的输出气压大小由PWM控制器控制以得到所需要的力感力。该比例调压阀PWM控制气动力感再现装置具采用了通用的气缸倒置安装结构，结构简单、体积丈小，易实现主从遥操作力感再现控制。N1
【专利说明】比例调压阀PWM控制气动力感再现装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种比例调压阀PWM控制气动力感再现装置及方法。
【背景技术】
[0002]主从式遥操作是指操作者在本地通过对主机器手的操作，实现对非确定环境下从机器手操纵作业的一种操作形式。主从式遥操作机器人从二十世纪六十年代出现，经过将近半个世纪的发展，其成果已经广泛被运用于工业，民用的各个领域。在目前智能机器人还不能实现完全自主工作的情况下，主从遥操作是解决高温、高压、强辐射、窒息等极限环境下进行复杂的作业的有效途径。
[0003]临场感技术是以人为中心，通过各种传感器将远地机器手与环境的交互信息(包括视觉、力觉、触觉、听觉、运动觉等)实时地反馈到本地操作者处，生成和远地环境一致的虚拟环境，使操作者产生身临其境的感受，从而实现对机器手带感觉的控制。当遥操作机器人对操作对象进行接触作业时，如抓取、插入等，环境的动力学特征显得尤为重要，这些操作中70%的信息通过力觉来提供。因此，力觉临场感一直以来是临场感技术研究的重点。近年来，临场感技术在国外已引起广泛关注，尤其是美国、日本、英国和德国在这方面已取得了相当的研究成果，我国虽然起步比较晚，但863计划已将临场感遥操作机器人技术作为智能机器人主体的关键技术开展研究。
[0004]无疑，将力觉临场感与主从式遥操作系统结合起来，可以提高系统的操作性能，完成精密作业，有效地控制机器人完成复杂的作业任务，具有重要意义。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是:提供一种新型气动结构及控制方式以实现力感再现。该结构紧凑轻巧，通用性强，可以广泛应用在夹钳式两指机器手系统中。
[0006]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种比例调压阀PWM控制气动力感再现装置，包括机器手腕部、机器手手掌、机器手手指、力感驱动气缸、电压型比例调压阀、PWM控制器。
[0007]气源进入电压型比列调压阀后，经PWM控制器输出的电压信号控制而输出相应的气压到机器手手指的力感驱动气缸，气缸缸筒与气缸活塞杆之间产生相对推力，推力继而传递到手指上形成手指的抗力即力感。
[0008]进一步限定，力感驱动气缸倒置安装，力感驱动气缸的活塞杆与机器手手掌铰接，力感驱动气缸的缸筒与机器手手指铰接，机器手手掌与机器手手指铰接，当机器手手指相对于机器手手掌围绕着铰接点转动的同时带动力感驱动气缸的活塞杆伸出或收回。
[0009]进一步限定，力感驱动气缸的进气压力由一个受到PWM控制器控制的电压型比列调压阀调节，从而得到相应的手指抗力即力感。
[0010]本发明的有益效果是:该比例调压阀PWM控制气动力感再现装置采用气缸倒置安装方式及受控于PWM控制器的电压型比例调压阀调气压力方式，能够将工作机器手的手指抓握力按比例再现于操作者的手上，实现机器人遥操作力感再现。结构紧凑轻巧，通用性强，可以广泛应用在夹钳式两指机器手系统中。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明；
图1是本发明的比例调压阀PWM控制气动力感再现装置的结构原理图。
[0012]图2是力感再现装置力感形成原理图。
[0013]图中:1.机器手腕部，2.机器手手掌，3-1.第一机器手手指的力感驱动气缸活塞杆，3-2.第一机器手手指的力感驱动气缸缸筒，4.第一机器手手指，5-1.第二机器手手指的力感驱动气缸活塞杆，5-2.第二机器手手指的力感驱动气缸缸筒，6.第二机器手手指，
7.第一机器手手指对应的电压型比例调压阀，8.第一机器手手指对应的PWM控制器，9.第二机器手手指对应的电压型比例调压阀，10.第二机器手手指对应的PWM控制器。
【具体实施方式】
[0014]如图1所示，比例调压阀PWM控制气动力感再现装置，包括机器手腕部1、机器手手掌2、第一机器手手指的力感驱动气缸活塞杆3-1、第一机器手手指的力感驱动气缸缸筒3-2、第一机器手手指4，第二机器手手指的力感驱动气缸活塞杆5-1、第二机器手手指的力感驱动气缸缸筒5-2、第二机器手手指6、第一机器手手指对应的电压型比例调压阀7、第一机器手手指对应的PWMl控制器8、第二机器手手指对应的电压型比例调压阀9、第二机器手手指对应的PWM2控制器10。
[0015]机器手手掌2安装在机器手腕部I配合孔中并能旋转，第一机器手手指4与机器手手掌2铰接并能旋转，第一机器手手指力感驱动气缸倒置安装，其气缸缸筒3-2和活塞杆
3-1并同时分别与第一机器手手指4和机器手手掌2分别铰接，气源气体经电压型比例调压阀7调节气压后送入机器手手指力感驱动气缸缸筒3-2，以产生对第一机器手手指4的抵抗力即力感力，电压型比例调压阀7的输出气压大小由PWMl控制器8控制以得到所需要的力感力；同理，第二机器手手指6也可得到所需的力感力。
[0016]工作过程如下:
如图2所示，以第一机器手手指4的工作过程为例，当机器手合拢抓握物体时，操作者的手指在第一机器手手指4指环内向下运动，气源气体经第一机器手手指对应的电压型比例调压阀7调节气压后送入机器手手指力感驱动气缸缸筒3-2，由于机器手手指力感驱动气缸倒置安装并同时与分别机器手手指与机器手手掌分别铰接，缸内气压产生推力FP1，并通过铰接点Opl作用于第一机器手手指4上，Lfl为推力FPl和铰接点01之间的力臂，Lsl为第一机器手手指4力感抗力Fsl和铰接点01之间的力臂，等效产生力矩M1 (M1=Lfl^Fpl)于第一机器手手指4上形成操作者手指的力感抗力Fsl (Fsl=M1Asl);由于电压型比例调压阀7输出的气体压力受到第一机器手手指对应的PWM控制器8的控制，因此，在操作者手指上的力感抗力受到第一机器手手指对应的PWM控制器8的控制而输出与负载对应的力感抗力Fsl，实现操作者远程力感再现；同理，第二机器手手指6上的操作者手指也会形成与负载对应的力感抗力Fs2。
【权利要求】
1.一种比例调压阀PWM控制气动力感再现装置，其特征是:所述装置包括机器手旋转腕 部、机器手手掌、机器手手指、力感驱动气缸、电压型比例调压阀、PWM控制器和气源；机器手手掌安装在机器手腕部配合孔中并能旋转；机器手手指与机器手手掌铰接并能旋转；力感驱动气缸倒置，力感驱动气缸的活塞杆与机器手手掌铰接，力感驱动气缸的缸筒与机器手手指铰接，气源进入电压型比列调压阀后，经PWM控制器输出的电压信号控制而输出相应的气压到机器手手指的力感驱动气缸，气缸缸筒与气缸活塞杆之间产生相对推力，推力继而传递到手指上形成手指的抗力即力感。
2.如权利要求1所述的一种比例调压阀PWM控制气动力感再现装置，其特征是:当机器 手手指相对于机器手手掌围绕着铰接点转动的同时带动力感驱动气缸的活塞杆伸出或收回。
3.如权利要求1所述的一种比例调压阀PWM控制气动力感再现装置，其特征是:力感驱动气缸的进气压力由一个受到PWM控制器控制的电压型比列调压阀调节，从而得到相应的手指抗力即力感。
4.如权利要求1所述的一种比例调压阀PWM控制气动力感再现装置，其特征是:所述装置包括机器手腕部(I)、机器手手掌(2)、第一机器手手指的力感驱动气缸活塞杆(3-1)、第一机器手手指的力感驱动气缸缸筒(3-2)、第一机器手手指(4)，第二机器手手指的力感驱动气缸活塞杆(5-1)、第二机器手手指的力感驱动气缸缸筒(5-2)、第二机器手手指(6)、第一机器手手指对应的电压型比例调压阀(7)、第一机器手手指对应的PWM控制器(8)、第二机器手手指对应的电压型比例调压阀(9)、第二机器手手指对应的PWM2控制器(10);第一机器手手指(4)与机器手手掌(2)的一侧铰接并能旋转，第一机器手手指力感驱动气缸倒置安装，其气缸缸筒(3-2)和活塞杆(3-1)并同时分别与第一机器手手指(4)和机器手手掌(2)分别铰接，气源气体经电压型比例调压阀(7)调节气压后送入机器手手指力感驱动气缸缸筒(3-2)，以产生对第一机器手手指(4)的抵抗力即力感力，电压型比例调压阀(7)的输出气压大小由第一机器手手指对应的PWM控制器(8)控制以得到所需要的力感力；同理，第二机器手手指(6)也能得到所需的力感力。
5.一种比例调压阀PWM控制气动力感再现方法，其特征是:当机器手合拢抓握物体时，操作者的手指在第一机器手手指(4)指环内向下运动，气源气体经第一机器手手指对应的电压型比例调压阀(7)调节气压后送入机器手手指力感驱动气缸缸筒(3-2)，由于机器手手指力感驱动气缸倒置安装并同时与分别第一机器手手指(4)与机器手手掌(2)分别铰接，缸内气压产生推力FP1，并通过铰接点Opl作用于第一机器手手指(4)上，Lfl为推力FPl和铰接点01之间的力臂，Lsl为第一机器手手指(4)力感抗力Fsl和铰接点01之间的力臂，等效产生力矩M1 (M1=Lfl^Fpl)于第一机器手手指(4)上形成操作者手指的力感抗力Fsl (Fsl=M1Zlsl);由于电压型比例调压阀(7)输出的气体压力受到第一机器手手指对应的PWM控制器(8)的控制，因此，在操作者手指上的力感抗力受到手指第一机器手手指对应的PWM控制器(8)的控制而输出与负载对应的力感抗力Fsl，实现操作者远程力感再现；同理，第二机器手手指(6)上的操作者手指也会形成与负载对应的力感抗力Fs2。
【文档编号】B25J13/08GK104209942SQ201410413996
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年8月21日 优先权日:2014年8月21日
【发明者】俞竹青, 顾川林 申请人:常州大学