多层框架海绵软体机器人控制系统及其多行为控制方法

本发明涉及海绵软体机器人控制，尤其涉及的是一种多层框架海绵软体机器人控制系统及其多行为控制方法。

背景技术：

1、海绵软体机器人是一种新型柔韧机器人，可以仅用空气来驱动，海绵软体机器人能够弯曲、扭转和抓起自身重量100多倍的物体。海绵软体机器人一般具有多个腔体，通过对各个腔体内的气压进行控制对其姿态进行调整。现有方案中对海绵软体机器人的行为控制是通过操纵杆来传递的弯曲角度信息来实现的，其后根据弯曲角度获得海绵软体机器人的控制数据来控制各个腔体的气压，而海绵软体机器人腔体的气压控制一般采用单一的比例阀或者电磁阀进行控制，使得控制精度较低或者速度较慢。

2、因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现思路

1、鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种多层框架海绵软体机器人控制系统及其多行为控制方法，以解决现有海绵软体机器人控制方案中采用采用单一的比例阀或者电磁阀进行控制，使得控制精度较低或者速度较慢的问题。

2、本发明的技术方案如下：

3、第一方面，本发明提供的一种多层海绵软体机器人控制系统，其包括：主控模块、通信模块、机器人控制器、dac控制模块与若干个混合阀门模块；其中，

4、所述混合阀门模块包括依次连接的负压比例阀、三通二态电磁阀与二通二态电磁阀，其中所述二通二态电磁阀与海绵软体机器人连接；

5、所述通信模块分别与所述主控模块以及所述机器人控制器连接，用于接收所述主控模块发送的机器人控制数据并将所述机器人控制数据发送至所述机器人控制器；

6、所述机器人控制器还分别与所述dac控制模块、所述三通二态电磁阀以及所述二通二态电磁阀连接，用于根据所述机器人控制数据输出多路pwm信号至所述三通二态电磁阀以及所述二通二态电磁阀，并用于根据所述机器人控制数据发送dac时序控制信号至所述dac控制模块；

7、所述dac控制模块还与所述负压比例阀连接，用于根据所述dac时序控制信号输出多路模拟电压至所述负压比例阀；

8、所述混合阀门模块根据所述pwm信号与所述模拟电压对海绵软体机器人的腔体的气压进行控制，以驱动海绵软体机器人执行相应的行为动作。

9、本发明的进一步设置，所述机器人控制器包括：数据接收模块、数据解析模块、变频脉冲信号产生单元、变占空比脉冲信号产生单元与dac时序信号产生单元；其中，

10、所述数据接收模块与所述通信模块连接，用于接收所述机器人控制数据并传输至所述数据解析模块；

11、所述数据解析模块还分别与所述变频脉冲信号产生单元、所述变占空比脉冲信号产生单元以及所述dac时序信号产生单元连接，用于对所述机器人控制数据进行解析并向所述变频脉冲信号产生单元、所述变占空比脉冲信号产生单元以及所述dac时序信号产生单元输出对应的使能信号与控制数据；

12、所述变频脉冲信号产生单元用于根据所述数据解析模块输出的控制数据输出变频脉冲信号；

13、所述变占空比脉冲信号产生单元用于根据所述数据解析模块输出的控制数据输出变占空比脉冲信号；

14、所述dac时序信号产生单元用于根据所述数据解析模块输出的控制数据输出dac时序信号。

15、本发明的进一步设置，所述多层海绵软体机器人控制系统还包括气压传感器与数据采集卡；

16、所述气压传感器分别与所述海绵软体机器人以及所述数据采集卡连接，用于采集所述海绵软体机器人的腔体的气压；

17、所述数据采集卡还与所述主控模块连接，用于将所述气压传感器采集的压力值反馈至所述主控模块。

18、本发明的进一步设置，所述主控模块与多个所述通信模块之间采用ethercat总线连接。

19、第二方面，本发明还提供了一种基于上述所述多层海绵软体机器人控制系统的多层海绵软体机器人多行为控制方法，其包括：

20、通信模块接收主控模块发送的机器人控制数据并将所述机器人控制数据发送至机器人控制器；

21、所述机器人控制器根据所述机器人控制数据输出多路pwm信号至三通二态电磁阀以及二通二态电磁阀，并根据所述机器人控制数据发送dac时序控制信号至dac控制模块；

22、所述dac控制模块根据所述dac时序控制信号输出多路模拟电压至所述负压比例阀；

23、混合阀门模块根据所述pwm信号与所述模拟电压对海绵软体机器人的腔体的气压进行控制，以驱动海绵软体机器人执行相应的行为动作；其中，所述混合阀门模块包括依次连接的负压比例阀、三通二态电磁阀与二通二态电磁阀。

24、本发明的进一步设置，所述混合阀门模块根据所述pwm信号与所述模拟电压对海绵软体机器人的腔体的气压进行控制，以驱动海绵软体机器人执行相应的行为动作的步骤包括：

25、当处于变频脉冲控制模式时，所述模拟电压控制所述负压比例阀限制在一个固定气压，所述pwm信号控制所述二通二态电磁阀处于常开状态，并控制所述三通二态电磁阀处于调节状态，通过调节所述pwm信号的频率控制所述三通二态电磁阀的开关频率；

26、本发明的进一步设置，所述混合阀门模块根据所述pwm信号与所述模拟电压对海绵软体机器人的腔体的气压进行控制，以驱动海绵软体机器人执行相应的行为动作的步骤还包括：

27、当处于变占空比脉冲控制模式时，所述模拟电压控制所述负压比例阀限制在一个固定气压，所述pwm信号控制所述二通二态电磁阀处于常开状态，并控制所述三通二态电磁阀处于调节状态，通过调节所述pwm信号的占空比控制所述三通二态电磁阀的开关时间长度；

28、本发明的进一步设置，所述混合阀门模块根据所述pwm信号与所述模拟电压对海绵软体机器人的腔体的气压进行控制，以驱动海绵软体机器人执行相应的行为动作的步骤还包括：

29、当处于连续压力控制模式时，所述pwm信号控制所述三通二态电磁阀与所述二通二态电磁阀处于常开状态，所述模拟电压控制所述负压比例阀处于调节状态，并通过所述dac时序控制信号对所述模拟电压进行调节。

30、本发明所提供的一种多层海绵软体机器人控制系统及其多行为控制方法，多层海绵软体机器人控制系统，其包括：主控模块、通信模块、机器人控制器、dac控制模块与若干个混合阀门模块。本发明通过所述通信模块接收主控模块发送的机器人控制数据并将所述机器人控制数据发送至机器人控制器，所述机器人控制器根据所述机器人控制数据输出多路pwm信号至三通二态电磁阀以及二通二态电磁阀，并根据所述机器人控制数据发送dac时序控制信号至dac控制模块，所述dac控制模块根据所述dac时序控制信号输出多路模拟电压至所述负压比例阀，其后混合阀门模块可以根据所述pwm信号与所述模拟电压对海绵软体机器人的腔体的气压进行控制，以驱动海绵软体机器人执行相应的行为动作。本发明采用负压比例阀、三通二态电磁阀与二通二态电磁阀对海绵软体机器人的各个腔体的气压进行调控，可以在保证高精度的前提下快速实现对海绵软体机器人的腔体气压进行调节。