(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210899171.7 (22)申请日 2022.07.28 (71)申请人 浙江大学 地址 310058 浙江省杭州市西湖区余杭塘 路866号 (72)发明人 陆豪健　方琴　孙丹颖　张敬禹　 龚哲峰　王越　熊蓉　 (74)专利代理 机构 杭州求是专利事务所有限公 司 33200 专利代理师 郑海峰 (51)Int.Cl. B25J 9/00(2006.01) B25J 9/06(2006.01) B25J 9/10(2006.01) B25J 9/12(2006.01)B25J 9/16(2006.01) B25J 13/08(2006.01) B25J 19/04(2006.01) (54)发明名称 一种基于介电弹性体的模块化软体机械臂 系统及控制方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于介电弹性体的模块 化软体机械臂系统及其控制方法， 属于软体机器 人领域。 所述的软体机械臂系统包括安装框架、 上位机、 相机、 高压模块、 信号采集模块以及基于 介电弹性体的模块化软体机械臂。 所述的相机用 于检测机械臂的位姿， 所述的高压模块包括电压 发生模块、 电压放大模块以及供电模块， 用于提 供机械臂的驱动电压。 所述的信号采集模块用于 检测机械臂的驱动电压。 所述的基于介电弹性体 的模块化软体机械臂由数个软体单元串联组成， 每一个软体单元都可以在驱动电压下实现轴向 伸长和任意方向弯曲， 因此机械臂具有超冗余自 由度， 结构轻巧， 运动灵活。 本发明可以对软体机 械臂进行 实时姿态控制， 操作简单， 鲁棒性强， 控 制效果好。 权利要求书2页 说明书5页 附图3页 CN 115091439 A 2022.09.23 CN 115091439 A 1.一种基于介电弹性体的模块化软体机械臂系统， 其特征在于， 所述的软体机械臂系 统包括安装框架、 上位机(1)、 相机(2)、 高压模块、 信号采集模块(8)以及 模块化软体机械臂 (4)； 所述的安装框架用于模块化软体机械臂(4)的安装和定位； 所述的相机与上位机连接， 一对相机(2)分别固定在安装框架的侧板和背板上， 用于对模块化软体机械臂的位姿进行 实时检测； 所述的高压模块的控制端与上位机相连， 高压模块的高压输出端与模块化软体 机械臂相连， 用于提供驱动电压； 所述的信号采集模块(8)与高压模块的高压输出端相连， 用于采集高压模块输出的驱动电压并反馈给 上位机(1)； 所述的模块化软体机械臂(4)由数个软体单元(401)串联组成， 每一个软体单元由三个 驱动单元并联组成， 当每一个驱动单元的驱动电压都不相同时， 软体单元产生弯曲； 当每一 个驱动单 元的驱动电压相同时， 软体单 元沿轴向伸长 。 2.根据权利要求1所述的基于介电弹性体的模块化软体机械臂系统， 其特征在于， 所述 的高压模块包括电压发生模块(7)、 电压放大模块(6)以及供电模块(5)； 所述的电压发生模 块与上位机相连， 包括控制器(702)以及电压输出板卡(701)， 用于产生低压模拟信号， 控制 器和电压输出板卡的数量与模块化软体机械臂中软体单元个数成正比， 每一个软体单元需 要三个电压通道； 电压放大模块(6)用于放大低压产生高压进而驱动机械臂； 供电模块(5) 用于对电压放大模块(6)供电。 3.根据权利要求1所述的基于介电弹性体的模块化软体机械臂系统， 其特征在于， 所述 的模块化软体机械臂(4)中的数个软体单元(401)通过可拆卸连接方式串联， 所述的可拆卸 连接方式包括 卡扣连接、 螺 栓螺母连接、 磁吸连接、 胶带粘接 。 4.根据权利要求1所述的基于介电弹性体的模块化软体机械臂系统， 其特征在于， 所述 的软体单 元包括柱形支撑 框架(404)、 弹性薄膜(40 3)以及若干柔 性电极(402)； 所述的柱形支撑框架是由顶部支撑梁、 底部支撑梁、 以及连接顶部支撑梁和底部支撑 梁的三个中部支撑梁构成的一体化结构， 所述的中部支撑梁上设有狭长镂空区， 相邻的两 个中部支撑梁 之间的距离相等； 所述的弹性薄膜以双向预拉伸状态贴附在支撑框架的外壁 或内壁上； 所述的柔性电极位于支撑框架中相邻的两个中部支撑梁之间， 贴附在弹性薄膜 的内外表面上； 所述的柔 性电极与高压模块相连； 所述的弹性薄膜和位于其内外两侧的一组柔性电极组成一个驱动单元， 软体机器人由 三个驱动单元并联组成； 当对驱动单元两侧的柔性电极施加高压后， 柔性电极所处区域的 弹性薄膜在厚度方向被压缩， 面积向外延伸， 使驱动单 元的高度增 加。 5.根据权利要求4所述的基于介电弹性体的模块化软体机械臂系统， 其特征在于， 所述 的支撑框架的材质为聚对苯二甲酸乙二醇酯； 所述的弹性薄膜为丙烯酸介电弹性体薄膜； 所述的柔性电极为碳膏， 所述的碳膏均匀涂覆在位于每一对相邻的中部支撑梁之 间的弹性 薄膜的内外表面上。 6.一种基于权利要求2所述的模块化软体机械臂系统 的控制方法， 其特征在于， 包括以 下步骤： a.建立控制模型 对模块化软体机械臂(4)进行系统辨识， 建立单个驱动单元的控制模型， 得到整个软体 机械臂从驱动空间到任务空间之间的映射关系；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115091439 A 2b.生成驱动电压 根据机械臂的预设姿态和控制模型， 上位机(1)计算机械臂所需要的控制信号， 将控制 信号发送给电压发生模块(7)得到低压模拟量， 再通过电压放大模块(6)进行信号放大， 以 得到软体机 械臂的驱动电压； c.闭环反馈控制 上位机(1)读取相机(2)检测到的软体机械臂姿态， 通过图像识别实时计算姿态误差； 若误差不满足要求， 则通过反馈控制算法， 生成新的控制 信号， 返回步骤b， 得到机械臂的驱 动电压； 再次检测软体机械臂姿态并上传至上位机， 直到软体机械的姿态误差达到控制要 求。 7.根据权利要求6所述的模块化软体机械臂系统 的控制方法， 其特征在于， 所述的反馈 控制算法包括PID控制、 非线性控制、 神经网络控制、 模糊控制、 最优控制、 迭代学习控制、 自 适应控制。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115091439 A 3