CN111482970A - 一种主动柔性接触机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种主动柔性接触机器人。该机器人***包括薄膜(1)、蜂窝框架(2)、底板(3)、气室(4)、多个控制模块(5～11)、电源(12)、气管(13‑1)、气管(13‑2)、气管(13‑3)、气管(13‑4)、气管(13‑5)、气管(13‑6)、气管(13‑7)、气管(14)、气管(15)、气管(16)、气管(17)、气管(18)、气压传感器(19)、单片机(20)、继电器(21)、气泵(22)、电磁阀(23)、三通导管(24)、安装孔(25‑1)、安装孔(25‑2)、安装孔(25‑3)、安装孔(25‑4)、安装孔(26‑1)、安装孔(26‑2)、安装孔(26‑3)、安装孔(26‑4)；本发明机器人的多个气室的内部气压可根据人体姿态进行自动调节。本发明的机器人可自由组合、柔软舒适、可拓展性强。

Description

一种主动柔性接触机器人
技术领域
本发明涉及一种主动柔性接触机器人，属于机器人技术领域，具体为机器人结构设计。
背景技术
人体长时间接触物体容易造成相应部位疲劳，如何利用机器人技术减小或消除这种疲劳，以提高工作效率，保证人体健康以及提高舒适性，是机器人领域所面临的重要问题。以座椅为例，当前，座椅软垫有两种类型，一种是普通坐垫，普通坐垫里面填充棉花、羽绒、乳胶等。这类坐垫，长时间使用之后会变形，而且无法分压；一种是气囊坐垫，气囊坐垫填充空气。这类坐垫需要根据人体坐姿进行分压，无法自动调节气囊内部气压。并且这两种软垫目前都无法促进与物体长时间接触部位的血液循环。除上述坐垫外，我们还设想将机器人技术运用至床垫、靠垫以及各种与人体接触部位的软垫，使得这类软垫可根据人体姿态，如，侧卧、斜卧、仰卧等自动调节气室内部气压。
核心参考文献：作者＝{A.Faudzi,K.Suzumori,S.Wakimoto},论文题目＝{Designand Control of New Intelligent Pneumatic Cylinder for Intelligent Chair ToolApplication},期刊名称＝{IEEE/ASME International Conference on AdvancedIntelligent Mechatronics},年份＝{2009},页码＝{1909–1914}。
发明内容
本发明提出一种主动柔性接触机器人，具有该结构特征的机器人的多个气室上蒙有一层薄膜，薄膜材质柔软且对人体无害，因此可与人体直接接触，且气室内部气压可根据人体姿态进行调节，通过单片机实时读取气室中的气压值，当气室中的气压值发生变化时，继电器接收单片机命令控制电路通断，影响气泵与电磁阀工作状态，从而实现自动调节气室内部气压这一功能。
一种主动柔性接触机器人，包括薄膜、蜂窝框架、底板、气室、多个控制模块、多根气管、气压传感器、单片机、继电器、气泵、电源、电磁阀、三通导管、多个安装孔；
一种主动柔性接触机器人主要由薄膜、蜂窝框架、底板、三通导管、多个控制模块、多根气管、气泵、电磁阀、电源、气压传感器组成。蜂窝框架上方蒙有一层薄膜，底板与蜂窝框架通过螺栓连接组成一个整体。蜂窝框架中设有多个气室，气室数量与控制模块对应，气室与控制模块通过气管连接；
底板上设有16个通孔，其中有7个通孔为气管孔，装入气管后可用来连接气室与控制模块，且气管孔数量与蜂窝框中的气室数量对应。另外8个孔为安装孔，其中有4个安装孔的中心与蜂窝框架上的安装孔的中心在同一直线上，且孔的直径相等，装入螺栓后可将底板与蜂窝框架连接起来组成一个整体。另外四个安装孔装入螺栓后可将底板与任意支撑架连接起来，拼接成床垫、坐垫、靠垫及各种与人体接触部位的软垫等；
控制模块主要由气泵、电磁阀、气压传感器、三通导管、继电器、单片机、电源组成。三通导管有三个接口，三个接口由气管分别与气室、电磁阀、气压传感器相连。电磁阀有三个接口，三个接口由气管分别与三通导管、气泵、大气相连。气泵有两个接口，两个接口由气管分别与电磁阀、大气相连。气泵与电磁阀通过导线与继电器常开开关相连，继电器通过导线与单片机相连，气压传感器通过导线直接与单片机相连。气泵、电磁阀、气压传感器、继电器、单片机通过导线与电源连接；
气压传感器将气室中气体的气压数据实时转化成电信号，传送给单片机。气泵与电磁阀协同工作可实现对气室充、放气的控制。继电器可控制气泵、电磁阀电路通断。单片机控制继电器通断，并接收气压传感器发送过来的电信号。电源可给机器人供电。
本发明的优点在于：
(1)可根据人体姿态自动调节气室内部气压；
(2)可自由组合、拓展性强。如，可组合成床垫、坐垫、靠垫及各种与人体接触部位的软垫；
(3)可主动按摩，促进人体血液循环；
(4)薄膜材质柔软，对人体无害，给使用者带来舒适的体验；
附图说明
图1是本发明的主动柔性接触机器人的整体示意图；
图2是本发明的主动柔性接触机器人的蜂窝框架底板薄膜组合件示意图；
图3是本发明的主动柔性接触机器人的单个控制模块示意图；
其中：1-薄膜、2-蜂窝框架、3-底板、4-气室、5-控制模块、6-控制模块、7-控制模块、8-控制模块、9-控制模块、10-控制模块、11-控制模块、12-电源、13-1-气管、13-2-气管、13-3-气管、13-4-气管、13-5-气管、13-6-气管、13-7-气管、14-气管、15-气管、16-气管、17-气管、18-气管、19-气压传感器、20-单片机、21-继电器、22-气泵、23-电磁阀、24-三通导管、25-1-安装孔、25-2-安装孔、25-3-安装孔、25-4-安装孔、26-1-安装孔、26-2-安装孔、26-3-安装孔、26-4-安装孔。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明是一种主动柔性接触机器人，如图1所示，包括薄膜(1)、蜂窝框架(2)、底板(3)、气室(4)、控制模块(5)、控制模块(6)、控制模块(7)、控制模块(8)、控制模块(9)、控制模块(10)、控制模块(11)、电源(12)、气管(13-1)、气管(13-2)、气管(13-3)、气管(13-4)、气管(13-5)、气管(13-6)、气管(13-7)、气管(14)、气管(15)、气管(16)、气管(17)、气管(18)、气压传感器(19)、单片机(20)、继电器(21)、气泵(22)、电磁阀(23)、三通导管(24)、安装孔(25-1)、安装孔(25-2)、安装孔(25-3)、安装孔(25-4)、安装孔(26-1)、安装孔(26-2)、安装孔(26-3)、安装孔(26-4)；
一种主动柔性接触机器人主要由薄膜(1)、蜂窝框架(2)、底板(3)、三通导管(24)、多个控制模块(5～11)、多根气管(13-1～13～7、14～18)、气泵(22)、电磁阀(23)、电源(12)、气压传感器(19)组成。蜂窝框架(2)上方蒙有一层薄膜(1)，底板(3)与蜂窝框架(2)通过螺栓连接组成一个整体。蜂窝框架(2)有多个气室(4)，气室(4)数量与控制模块(5～11)对应，气室(4)与控制模块(5～11)通过气管(13-1～13-7)连接；
底板(3)上设有16个通孔，其中有7个通孔为气管孔，装入气管(13-1～13-7)后可用来链接气室(4)与控制模块(5～11)，且气管孔数量与蜂窝框架(2)中的气室(4)数量对应。另外8个孔为安装孔，其中有4个安装孔的中心与蜂窝框架(2)上的安装孔的中心在同一直线上，且孔的直径相等，装入螺栓后可将底板(3)与蜂窝框架(2)连接起来组合成一个整体。另外四个安装孔装入螺栓后可将底板(3)与任意支撑架连接起来，拼接成床垫、坐垫、靠垫及各种与人体接触部位的软垫等；
控制模块主要由气泵(22)、电磁阀(23)、气压传感器(19)、三通导管(24)、继电器(21)、单片机(20)、电源(12)组成。三通导管(24)有三个接口，三个接口由气管(13、14、18)分别与气室(4)、电磁阀(23)、气压传感器(19)相连。电磁阀(23)有三个接口，三个接口由气管(14、16、15)分别与三通导管(24)、气泵、(22)大气相连。气泵(22)有两个接口，两个接口由气管(16、17)分别与电磁阀(23)、大气相连。气泵(22)与电磁阀(23)通过导线与继电器(21)的常开开关相连，继电器(21)通过导线与单片机(20)相连、气压传感器(19)通过导线直接与单片机(20)相连。气泵(22)、电磁阀(23)、气压传感器(19)、继电器(21)、单片机(20)通过导线与电源(12)连接；
气压传感器(19)将气室(4)中气体的气压数据实时转化成电信号，传送给单片机(20)。气泵(22)与电磁阀(23)协同工作可实现对气室(4)充、放气的控制。继电器(21)可控制气泵(22)、电磁阀(23)电路通断。单片机(20)控制继电器(21)通断，并接收气压传感器(19)发送过来的电信号。电源(12)可给机器人供电。
所述的主动柔性接触机器人，在工作过程中，气室(4)内部气压会发生改变，此时控制模块(5～11)可根据这一变化及时调节气室(4)内部气压，使气室(4)内部气压保持在某一特定值，该特定值可根据需要进行设定。
所述的主动柔性接触机器人，可通过改变气室(4)内部气体体积，使气室(4)与使用者身体接触并柔和地产生不同位置、不同时序的压力变化，进而达到按摩的效果。
所述的蜂窝框架(2)，底板(3)由螺栓连接组成整体，可以自由组合，既可以组合成坐垫，还可以组合成床垫、靠垫、足垫，以及各种与人体接触的软垫。
所述的气室(4)形状为圆台样式，即上面大下面小，每个气室(4)设有一定的间隔可以确保相邻气室(4)的充放气最大限度的互不干扰。气室(4)形状、大小可根据需要进行设计，气室的数量也可根据实际需要进行选择。
所述的继电器(21)为低电频触发继电器，可控制电路通断，影响气泵(22)与电磁阀(23)的工作状态。继电器型号规格也可根据需要进行选择。
所述的气压传感器(19)的量程根据气室(4)可容纳的最大气压进行选择。
所述的气泵(22)的规格根据气室可容纳的最大气压进行选择。
所述的电磁阀(23)为两位三通电磁阀，与气泵(22)共同控制气室充放气。电磁阀型号和规格也可根据实际需要进行选择
所述的薄膜(1)材质柔软，与人体接触时对人体无害，给使用者带来舒适的体验。
所述的三通导管(24)的直径尺寸根据气室(4)通孔大小进行选择。
所述的气管(13-1～13-7)的直径根据气室的孔径进行选择，气管(13-1～13-7)的长度则根据实际需要进行选择。所述气管(14-18)的直径根据气泵接口直径、电磁阀接口直径、气压传感器接口直径进行选择，气管的长短则根据实际需要进行选择。
所述的电源(12)规格根据气泵(22)、电磁阀(23)、单片机(20)、气压传感器(19)的工作电压、电流进行选择。
工作过程：
机器人上电工作，工作时，单片机将下发命令，继电器常开开关闭合，气泵和电磁阀通电，所有气室开始充气，当气室中的气压达到某一特定值时，与气泵相连的继电器的常开开关断开，气泵断电停止充气，与电磁阀相连的继电器的常开开关闭合，电磁阀通电，气室中的气压值保持恒定，此时的机器人相当于一个软垫。当使用者身体与机器人接触时，部分气室中的气压值会发生变化，当单片机读取到的气压值小于特定值时，单片机将立刻下发命令，继电器常开开关闭合，气泵和电磁阀通电，气室快速充气，当气室中的气压达到特定值时，与气泵相连的继电器的常开开关断开，气泵断电停止充气，与电磁阀相连的继电器的常开开关闭合，电磁阀通电，气室中的气压值保持恒定。当单片机读取到的气压值大于特定值时，单片机将立刻下发命令，继电器常开开关断开，气泵和电磁阀断电，气室快速放气，当气室中的气压达到特定值时，与电磁阀相连的继电器的常开开关闭合，电磁阀通电，气室中的气压值保持恒定。
另外，单片机还可下发命令，指定部分气室进行循环充、放气，由于气室上覆盖一层薄膜，气室充气后，薄膜将会凸起，因此气室可与使用者身体接触并柔和地产生不同位置、不同时序的压力变化，进而达到按摩的效果。

Claims (13)

1.一种主动柔性接触机器人，其特征在于，包括薄膜(1)、蜂窝框架(2)、底板(3)、气室(4)、控制模块(5)、控制模块(6)、控制模块(7)、控制模块(8)、控制模块(9)、控制模块(10)、控制模块(11)、电源(12)、气管(13-1)、气管(13-2)、气管(13-3)、气管(13-4)、气管(13-5)、气管(13-6)、气管(13-7)、气管(14)、气管(15)、气管(16)、气管(17)、气管(18)、气压传感器(19)、单片机(20)、继电器(21)、气泵(22)、电磁阀(23)、三通导管(24)、安装孔(25-1)、安装孔(25-2)、安装孔(25-3)、安装孔(25-4)、安装孔(26-1)、安装孔(26-2)、安装孔(26-3)、安装孔(26-4)；
一种主动柔性接触机器人主要由薄膜(1)、蜂窝框架(2)、底板(3)、三通导管(24)、多个控制模块(5～11)、多根气管(13-1～13～7、14～18)、气泵(22)、电磁阀(23)、电源(12)、气压传感器(19)组成。蜂窝框架(2)上方蒙有一层薄膜(1)，底板(3)与蜂窝框架(2)通过螺栓连接组成一个整体。蜂窝框架(2)有多个气室(4)，气室(4)数量与控制模块(5～11)对应，气室(4)与控制模块(5～11)通过气管(13-1～13-7)连接。
底板(3)上设有16个通孔，其中有7个通孔为气管孔，装入气管(13-1～13-7)后可用来链接气室(4)与控制模块(5～11)，且气管孔数量与蜂窝框架(2)中的气室(4)数量对应。另外8个孔为安装孔，其中有4个安装孔的中心与蜂窝框架(2)上的安装孔的中心在同一直线上，且孔的直径相等，装入螺栓后可将底板(3)与蜂窝框架(2)连接起来组合成一个整体。另外四个安装孔装入螺栓后可将底板(3)与任意支撑架连接起来，组成座椅、床垫、靠垫等；
控制模块主要由气泵(22)、电磁阀(23)、气压传感器(19)、三通导管(24)、继电器(21)、单片机(20)、电源(12)组成。三通导管(24)有三个接口，三个接口由气管(13、14、18)分别与气室(4)、电磁阀(23)、气压传感器(19)相连。电磁阀(23)有三个接口，三个接口由气管(14、16、15)分别与三通导管(24)、气泵、(22)大气相连。气泵(22)有两个接口，两个接口由气管(16、17)分别与电磁阀(23)、大气相连。气泵(22)与电磁阀(23)通过导线与继电器(21)的常开开关相连，继电器(21)通过导线与单片机(20)相连、气压传感器(19)通过导线直接与单片机(20)相连。气泵(22)、电磁阀(23)、气压传感器(19)、继电器(21)、单片机(20)通过导线与电源(12)连接；
气压传感器(19)将气室(4)中气体的气压数据实时转化成电信号，传送给单片机(20)。气泵(22)与电磁阀(23)协同工作可实现对气室(4)充、放气的控制。继电器(21)可控制气泵(22)、电磁阀(23)电路通断。单片机(20)控制继电器(21)通断，并接收气压传感器(19)发送过来的电信号。电源(12)可给机器人供电。
2.根据权利要求1所述的一种主动柔性接触机器人，其特征在于，所述的主动柔性接触机器人，在工作过程中，气室(4)内部气压会发生改变，此时控制模块(5～11)可根据这一变化及时调节气室(4)内部气压，使气室(4)内部气压保持在某一特定值，该特定值可根据需要进行设定。
3.根据权利要求1所述的一种主动柔性接触机器人，其特征在于，所述的主动柔性接触机器人，可通过改变气室(4)内部气体体积，使气室(4)与使用者身体接触并柔和地产生不同位置、不同时序的压力变化，进而达到按摩的效果。
4.根据权利要求1所述的一种主动柔性接触机器人，其特征在于，所述的蜂窝框架(2)，底板(3)由螺栓连接组成整体，可以自由组合，既可以组合成坐垫，还可以组合成床垫、靠垫、足垫，以及各种与人体接触的软垫。
5.根据权利要求1所述的一种主动柔性接触机器人，其特征在于，所述的气室(4)形状为圆台样式，即上面大下面小，每个气室(4)设有一定的间隔可以确保相邻气室(4)的充放气最大限度的互不干扰。气室(4)形状、大小可根据需要进行设计，气室的数量也可根据实际需要进行选择。
6.根据权利要求1所述的一种主动柔性接触机器人，其特征在于，所述的继电器(21)为低电频触发继电器，可控制电路通断，影响气泵(22)与电磁阀(23)的工作状态。继电器型号规格也可根据需要进行选择。
7.根据权利要求1所述的一种主动柔性接触机器人，其特征在于，所述的气压传感器(19)的量程根据气室(4)可容纳的最大气压进行选择。
8.根据权利要求1所述的一种主动柔性接触机器人，其特征在于，所述的气泵(22)的规格根据气室可容纳的最大气压进行选择。
9.根据权利要求1所述的一种主动柔性接触机器人，其特征在于，所述的电磁阀(23)为两位三通电磁阀，与气泵(22)共同控制气室充放气。电磁阀型号和规格也可根据实际需要进行选择。
10.根据权利要求1所述的一种主动柔性接触机器人，其特征在于，所述的薄膜(1)材质柔软，与人体接触时对人体无害，给使用者带来舒适的体验。
11.根据权利要求1所述的一种主动柔性接触机器人，其特征在于，所述的三通导管(24)的直径尺寸根据气室(4)通孔大小进行选择。
12.根据权利要求1所述的一种主动柔性接触机器人，其特征在于，所述的气管(13-1～13-7)的直径根据气室的孔径进行选择，气管(13-1～13-7)的长度则根据实际需要进行选择，所述气管(14～18)的直径根据气泵接口直径、电磁阀接口直径、气压传感器接口直径进行选择，气管(14～18)的长短则根据实际需要进行选择。
13.根据权利要求1所述的一种主动柔性接触机器人，其特征在于，所述的电源(12)规格根据气泵(22)、电磁阀(23)、单片机(20)、气压传感器(19)的工作电压、电流进行选择。
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CN115737945A (zh) * 2022-11-18 2023-03-07 电子科技大学 一种用于机器人淋巴引流的柔性手部装置
CN115737945B (zh) * 2022-11-18 2023-08-08 电子科技大学 一种用于机器人淋巴引流的柔性手部装置

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