一种气体驱动器的感知方法及气体驱动系统
阅读：863发布：2021-06-14
专利汇可以提供一种气体驱动器的感知方法及气体驱动系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种气体 驱动器 的 感知 方法及气体驱动系统，其中感知方法包括：获取气体驱动器的驱动气压；根据预先建立的感知模型对驱动气压进行智能分析，处理得到气体驱动器在驱动气压作用下的驱动量；输出气体驱动器的驱动量。在感知方法中由于仅检测驱动气压即可实现对气体驱动器的驱动量的感知功能，减少了检测数据，却同样可以通过对 力 和位移的感知满足与外界环境的交互要求，增强气体 传感器 对复杂环境的适应性。，下面是一种气体驱动器的感知方法及气体驱动系统专利的具体信息内容。
1.一种气体驱动器的感知方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取气体驱动器的驱动气压，所述气体驱动器在所述驱动气压作用下进行伸缩运动；
根据预先建立的感知模型对所述驱动气压进行智能分析，处理得到所述气体驱动器在所述驱动气压作用下的驱动量；
输出所述气体驱动器的驱动量。
2.如权利要求1所述的感知方法，其特征在于，所述根据预先建立的感知模型对所述驱动气压进行智能分析，处理得到所述气体驱动器在所述驱动气压作用下的驱动量，包括：
将所述驱动气压输入第一感知层，计算得到所述气体驱动器在所述驱动气压作用下的实际长度，所述第一感知层表示驱动气压、大气压、初始气压与实际长度之间的量化关系；
将所述驱动气压和所述气体驱动器的实际长度输入第二感知层，计算得到所述气体驱动器在所述驱动气压作用下的输出力，所述第二感知层表示驱动气压、气体驱动器等效参数、实际长度与输出力之间的量化关系；
所述驱动量包括实际长度和/或输出力。
3.如权利要求2所述的感知方法，其特征在于，所述第一感知层的构建过程包括：
建立所述第一感知层的量化关系，用公式表示为
其中，P0为大气压强，Pa为初始状态下所述气体驱动器的内部相对压强，Pm为驱动气压且表示所述气体驱动器的内部相对压强，l表示所述气体驱动器的实际长度，H表示所述气体驱动器的初始长度，εs1、εs2均为过程参数；
所述参数εs1、εs2用于在无外力作用的情形下，利用测量的Pm、l构成的多组数据进行拟合以及参数标定而得到。
4.如权利要求3所述的感知方法，其特征在于，所述第二感知层的构建过程包括：
建立所述第二感知层的量化关系，用公式表示为
其中，F为所述气体驱动器的输出力， 为驱动函数且表示内外气压差产生的驱动力，h()为刚度函数且表示自身变形产生的驱动力，De为所述气体驱动器的等效参数，Pm为驱动气压且表示为所述气体驱动器的内部相对压强，εp为过程参数；
所述刚度函数h()用于在Pm为零且有外力作用的情形下，利用测量的F、l构成的多组数据进行拟合而得到；
所述参数εp用于在l不变且无外力作用的情形下，利用测量的F、Pm构成的多组数据进行拟合以及参数标定而得到。
5.如权利要求4所述的感知方法，其特征在于，还包括：对于多个所述气体驱动器，将各个所述气体驱动器分别输出的输出力进行累计，得到各个所述气体驱动器的总输出力，用公式表示为
其中，Fi为第一类气体驱动器的输出力，Fp为第二类气体驱动器的输出力，i、n分别为第一类气体驱动器的序号和数目；所述第一类气体驱动器用于将所述气体驱动器与气源连接且内部气压可调节，所述第二类气体驱动器用于将所述气体驱动器封闭且内部气压不可调节。
6.如权利要求5所述的感知方法，其特征在于，获取所述第一类气体驱动器的输出力和所述第二类气体驱动器的输出力的过程为：
分别获取所述第一类气体驱动器和所述第二类气体驱动器的内部气压；
将所述第二类气体驱动器的内部气压输入所述第一感知层，计算得到对应的实际长度且表示为l′，以及得到对应的位移量且表示为x＝H-l′；
将所述第二类气体驱动器的内部气压、所述第二类气体驱动器对应的位移量输入所述第二感知层，计算得到所述第二类气体驱动器的输出力；
将所述第一类气体驱动器的内部气压、所述第二类气体驱动器对应的位移量输入所述第二感知层，计算得到所述第二类气体驱动器的输出力。
7.一种气体驱动系统，其特征在于，包括：
气源，用于提供驱动气体；
第一类气体驱动器，具有可伸缩的第一气腔，所述第一气腔与所述气源之间管道连接且在内部形成可调节的内部气压；
第二类气体驱动器，具可伸缩的第二气腔，所述第二气腔具有封闭结构且内部形成不可调节的内部气压；所述第二类气体驱动器与所述第一类气体驱动器并联或串联设置；
第一气压传感器，与所述第一气腔连接，用于检测所述第一气腔的内部气压；
第二气压传感器，与所述第二气腔连接，用于检测所述第二气腔的内部气压；
控制器，与所述第一气压传感器、所述第二气压传感器和所述气源信号连接，用于根据权利要求5或6所述的感知方法累计得到所述第一类气体驱动器和所述第二类气体驱动器的总输出力，以及在所述总输出力达到对应的阈值时停止调节所述气源。
8.如权利要求7所述的气体驱动系统，其特征在于，包括多个所述第一类气体驱动器且均与所述第二类气体驱动器并联设置，用于在并联的一端形成总输出力；
所述气源与各个所述第一类气体驱动器管道连接，所述第一气压传感器用于检测各个所述第一类气体驱动器的内部气压；
所述控制器控制多个所述第一类驱动器和所述第二类驱动器的总输出力达到对应的阈值。
9.如权利要求7所述的气体驱动系统，其特征在于，所述第一类气体驱动器和所述第二类气体驱动器串联设置，用于在串联的连接部形成总输出力；
所述控制器控制所述第一类驱动器和所述第二类驱动器的总输出力达到对应的阈值。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，包括程序，所述程序能够被处理器执行以实现如权利要求1-6中任一项所述的感知方法。
一种气体驱动器的感知方法及气体驱动系统
技术领域
背景技术
[0002] 目前来说，大多数机械手都采用连杆结构来传动，伺服电机来驱动，称之为硬机械手，硬机械手往往具有很大的负载能力，稳定性也比较高。使用过程中，硬机械手结合相应的力传感器以及位移传感器就能够实现与外部环境的交互，实现对力和位移的控制。但是，对于可变形的物体以及复杂的外部环境，这个过程需要较为复杂的控制策略，此时将限制硬机械手的应用。
[0003] 触觉感知是指通过接触进行测量的任何属性，包括力、粗糙度、温度等等，对于人类实现物体的抓取及操作是不可或缺的，通过触觉感知人类可以严格控制所施加的抓持力，从而实现最优的抓持，即保证手和被抓持物体之间不产生滑动的同时使抓持力不会过高。软体手可以是带气腔的气体驱动器，其作为机器人操作物体的一种末端执行器，具有良好的灵活性、适应性，以及安全的人机交互性。将触觉感知系统和软体手相结合，能用于提高抓取的稳定性和可靠性、实现物体识别、滑动检测等。软体机械手的出现满足了机械手对复杂、不规则外部环境的适应要求，并且也不需要很复杂的控制策略。主要驱动软体机械手的驱动方式有气动驱动、线驱动、可变形的记忆合金以及电活性聚合物驱动方式，而人造驱动肌肉的驱动方式目前广泛地应用在软体手中，由此可以大大降低机械手的重量，同时提高机械手能量的使用效率。
[0004] 软体手特别是气体驱动器(或称柔性驱动器)，具有对不规则物体和复杂环境的良好的适应性，在人机交互、家庭服务等复杂环境中具有广泛的应用。气体驱动器作为软体手的核心系统，通过输出力驱动机械手正常工作，相较于传统的电机驱动方式，气体驱动器需要安装额外的位移传感器、力传感器以及其他辅助设备以实现类似的传统的手的控制与位移控制。当前，气体驱动器还存在一些天然的缺陷，很难满足位置的精确控制要求，以及对外界力的良好感知要求。如果在气体驱动器上安装力传感器和位移传感器，这会使得气体驱动系统变得更加复杂，不利于批量化应用软体机械手。
发明内容
[0005] 本发明主要解决的技术问题是如何提高气体驱动器对实际长度和输出力的感知性能，实现对气体驱动器更好的控制效果。为解决上述技术问题，本申请提供一种气体驱动器的感知方法及气体驱动系统。
[0006] 根据第一方面，一种实施例中提供一种气体驱动器的感知方法，包括以下步骤：获取气体驱动器的驱动气压，所述气体驱动器在所述驱动气压作用下进行伸缩运动；根据预先建立的感知模型对所述驱动气压进行智能分析，处理得到所述气体驱动器在所述驱动气压作用下的驱动量；输出所述气体驱动器的驱动量。
[0007] 所述根据预先建立的感知模型对所述驱动气压进行智能分析，处理得到所述气体驱动器在所述驱动气压作用下的驱动量，包括：将所述驱动气压输入第一感知层，计算得到所述气体驱动器在所述驱动气压作用下的实际长度，所述第一感知层表示驱动气压、大气压、初始气压与实际长度之间的量化关系；将所述驱动气压和所述气体驱动器的实际长度输入第二感知层，计算得到所述气体驱动器在所述驱动气压作用下的输出力，所述第二感知层表示驱动气压、气体驱动器等效参数、实际长度与输出力之间的量化关系；所述驱动量包括实际长度和/或输出力。
[0008] 所述第一感知层的构建过程包括：建立所述第一感知层的量化关系，用公式表示为
[0009]
[0010] 其中，P0为大气压强，Pa为初始状态下所述气体驱动器的内部相对压强， Pm为驱动气压且表示所述气体驱动器的内部相对压强，l表示所述气体驱动器的实际长度，H表示所述气体驱动器的初始长度，εs1、εs2均为过程参数；所述参数εs1、εs2用于在无外力作用的情形下，利用测量的Pm、l构成的多组数据进行拟合以及参数标定而得到。
[0011] 所述第二感知层的构建过程包括：建立所述第二感知层的量化关系，用公式表示为
[0012]
[0013] 其中，F为所述气体驱动器的输出力， 为驱动函数且表示内外气压差产生的驱动力，h()为刚度函数且表示自身变形产生的驱动力，De为所述气体驱动器的等效参数，Pm为驱动气压且表示为所述气体驱动器的内部相对压强，εp为过程参数；所述刚度函数h()用于在Pm为零且有外力作用的情形下，利用测量的F、l构成的多组数据进行拟合而得到；所述参数εp用于在l不变且无外力作用的情形下，利用测量的F、Pm构成的多组数据进行拟合以及参数标定而得到。
[0014] 所述的感知方法还包括：对于多个所述气体驱动器，将各个所述气体驱动器分别输出的输出力进行累计，得到各个所述气体驱动器的总输出力，用公式表示为
[0015]
[0016] 其中，Fi为第一类气体驱动器的输出力，Fp为第二类气体驱动器的输出力， i、n分别为第一类气体驱动器的序号和数目；所述第一类气体驱动器用于将所述气体驱动器与气源连接且内部气压可调节，所述第二类气体驱动器用于将所述气体驱动器封闭且内部气压不可调节。
[0017] 获取所述第一类气体驱动器的输出力和所述第二类气体驱动器的输出力的过程为：分别获取所述第一类气体驱动器和所述第二类气体驱动器的内部气压；将所述第二类气体驱动器的内部气压输入所述第一感知层，计算得到对应的实际长度且表示为l′，以及得到对应的位移量且表示为x＝H-l′；将所述第二类气体驱动器的内部气压、所述第二类气体驱动器对应的位移量输入所述第二感知层，计算得到所述第二类气体驱动器的输出力；将所述第一类气体驱动器的内部气压、所述第二类气体驱动器对应的位移量输入所述第二感知层，计算得到所述第二类气体驱动器的输出力。
[0018] 根据第二方面，一种实施例中提供一种气体驱动系统，包括：气源，用于提供驱动气体；第一类气体驱动器，具有可伸缩的第一气腔，所述第一气腔与所述气源之间管道连接且在内部形成可调节的内部气压；第二类气体驱动器，具可伸缩的第二气腔，所述第二气腔具有封闭结构且内部形成不可调节的内部气压；所述第二类气体驱动器与所述第一类气体驱动器并联或串联设置；第一气压传感器，与所述第一气腔连接，用于检测所述第一气腔的内部气压；第二气压传感器，与所述第二气腔连接，用于检测所述第二气腔的内部气压；控制器，与所述第一气压传感器、所述第二气压传感器和所述气源信号连接，用于根据上述第一方面中的感知方法累计得到所述第一类气体驱动器和所述第二类气体驱动器的总输出力，以及在所述总输出力达到对应的阈值时停止调节所述气源。
[0019] 所述的气体驱动系统包括多个所述第一类气体驱动器且均与所述第二类气体驱动器并联设置，用于在并联的一端形成总输出力；所述气源与各个所述第一类气体驱动器管道连接，所述第一气压传感器用于检测各个所述第一类气体驱动器的内部气压；所述控制器控制多个所述第一类驱动器和所述第二类驱动器的总输出力达到对应的阈值。
[0020] 所述第一类气体驱动器和所述第二类气体驱动器串联设置，用于在串联的连接部形成总输出力；所述控制器控制所述第一类驱动器和所述第二类驱动器的总输出力达到对应的阈值。
[0021] 根据第三方面，一种实施例中提供一种计算机可读存储介质，包括程序，所述程序能够被处理器执行以实现上述第一方面中所述的感知方法。
[0022] 本申请的有益效果是：
[0023] 依据上述实施例的一种气体驱动器的感知方法及气体驱动系统，其中感知方法包括：获取气体驱动器的驱动气压；根据预先建立的感知模型对驱动气压进行智能分析，处理得到气体驱动器在驱动气压作用下的驱动量；输出气体驱动器的驱动量。第一方面，在感知方法中由于仅检测驱动气压即可实现对气体驱动器的驱动量的感知功能，减少了检测数据，却同样可以通过对力和位移的感知满足与外界环境的交互要求，增强气体传感器对复杂环境的适应性；第二方面，本申请技术方案仅需要控制调节驱动气压即可使得实际长度和输出力达到预设的阈值，控制过程更加方便、高效，能够适用于机器人抓取工业、人机交互、医疗设备等应用场合，可以保证抓取的有效性和提高病患的治疗体验；第三方面，本申请提供的气体驱动系统仅采用了气压传感器作为气体驱动器的检测部件，避免了以往直接通过力传感器或者位移传感器进行测量情形发生，单独使用气压传感器可以降低测量成本，具有较高的应用价值；第四方面，结合单个气体驱动器的感知方法，可以方便地对多个气体驱动器的串并联设置形态进行总输出力的感知，可以简化多个气体驱动器的控制过程，提高多个气体驱动器所构成机械关节的实用性能。附图说明
[0024] 图1为本申请中气体驱动器的感知方法的流程图；
[0025] 图2为根据感知模型对驱动气体进行智能分析的流程图；
[0026] 图3为针对多个气体驱动器来感知总输出力的流程图；
[0027] 图4为本申请单个气体驱动器的结构示意图；
[0028] 图5为气体驱动器的横向截面的等效尺寸示意图；
[0029] 图6为多个气体驱动器并联设置的系统结构示意图；
[0030] 图7为多个气体驱动器串联设置的系统结构示意图。
具体实施方式
[0031] 下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。
[0032] 另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。
[0033] 本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。
[0034] 实施例一、
[0035] 请参考图1，本申请提供一种气体驱动器的感知方法，主要包括步骤S110-S130，下面分别说明。
[0036] 步骤S110，获取气体驱动器的驱动气压，该气体驱动器具有气腔(气囊) 且在气腔内形成驱动气压，那么可以改变气腔内驱动气压的压力大小，进而使得气体驱动器在驱动气压的作用下进行伸缩运动。
[0037] 步骤S120，根据预先建立的感知模型对驱动气压进行智能分析，处理得到气体驱动器在驱动气压作用下的驱动量。
[0038] 需要说明的是，本实施例中将驱动气压的检测值作为数据分析的对象，将驱动量作为数据分析的标签，从而在得知驱动气压的情况下即可借助预先建立的感知模型来分析处理得到气体驱动器的驱动量。将在下文对感知模型进行详细说明。
[0039] 步骤S130，输出气体驱动器的驱动量。
[0040] 需要说明的是，驱动量(如实际长度、输出力)是衡量气体驱动器的驱动状态的重要参数，其中通过实际长度可以及时了解气体驱动器的伸缩长度和被驱动物体的位移量；通过输出力可以及时了解气体驱动器与被驱动物体的接触力。
[0041] 在本实施例中，参见图2，上述的步骤S120可以包括步骤S121-S122，分别说明如下。
[0042] 步骤S121，将驱动气压输入第一感知层，计算得到气体驱动器在驱动气压作用下的实际长度，这里的第一感知层表示驱动气压、大气压、初始气压与实际长度之间的量化关系。
[0043] 在一个具体实施例中，可以通过公式(1)建立第一感知层的量化关系，具体表示为[0044]
[0045] 其中，P0为大气压强，Pa为初始状态下气体驱动器的内部相对压强，Pm为驱动气压且表示气体驱动器的内部相对压强，l表示气体驱动器的实际长度(即气体驱动器变形后的长度)，H表示气体驱动器的初始长度，εs1、εs2均为过程参数。
[0046] 需要说明的是，P0、Pa、H通常为定值，可以在初始状态下测量得到；Pm为变量，需要在使用气体驱动器的过程中随时测量，在初始状态下Pm为零帕(即 0Pa)。此外，参数εs1、εs2与气体驱动器的结构性能有关，需要进行事先标定，本具体实施例中，参数εs1、εs2用于在无外力作用的情形下，利用测量的Pm、l 构成的多组数据进行拟合以及参数标定而得到。
[0047] 参数εs1、εs2的标定过程说明如下：(1)将气体驱动器固定在平行导轨的一端，并连接气源，利用位移传感器测量气体驱动器的实际长度，通过数据采集卡来采集位移传感器的数据。(2)在初始状态下测量得到P0、Pa、H，然后启动气源为气体驱动器提供驱动气体，使得气体驱动器在平行导轨上处于轴向的伸缩运动状态。(3)通过改变气体驱动器的内部相对压强Pm，气体驱动器在内外气压差的作用下产生轴向运动，通过数据采集卡采集位移传感器的数据即可得到气体驱动器的实际长度l(即移动端与固定端之间的宽度)，如此重复测量多组数据。(4)将采集的数据进行二维坐标统计，横轴为lH，纵轴为P0+Pa(Pm+Pa)，在统计结果为一条直线时即可完成参数εs1、εs2的标定。
[0048] 步骤S122，将驱动气压和气体驱动器的实际长度输入第二感知层，计算得到气体驱动器在该驱动气压作用下的输出力，这里的第二感知层表示驱动气压、气体驱动器等效参数、实际长度与输出力之间的量化关系。
[0049] 在一个具体实施例中，可以通过公式(2)建立第二感知层的量化关系，具体表示为[0050]
[0051] 其中，F为气体驱动器的输出力， 为驱动函数且表示内外气压差产生的驱动力，h()为刚度函数且表示自身变形产生的驱动力，De为气体驱动器的等效参数，Pm为驱动气压且表示为气体驱动器的内部相对压强，εp为过程参数。
[0052] 需要说明的是，气体驱动器的等效参数De通常与气体驱动器的结构性能有关。对于图4中示意的折纸软体驱动器而言，其具上中下连通的三个单位的折纸结构，由输入气腔(参考附图标记1)内的驱动气体进行驱动且做轴向的伸缩运动；每个单元的折纸结构的中间边缘宽度为a，底部边缘宽度为b，折叠高度为h；相邻两个单元的折纸结构的折叠夹角为α；折纸软体驱动器的初始高度为 H，即内部相对气压为零帕时的初始高度。如此可以表示折纸软体驱动器的实际长度为
[0053]
[0054] 其中，n为折纸结构的单元数。可以将该折纸软体驱动器中任意一个折纸结构的横截面等效成如图5所示的示意图，得到中心点到边缘的垂直距离ra、rb，如此可以得到该软体折纸驱动器的等效参数De＝ra+rb。
[0055] 需要说明的是，刚度函数h()用于在Pm为零且有外力作用的情形下，利用测量的F、l构成的多组数据进行拟合而得到。参数εp用于在l不变且无外力作用的情形下，利用测量的F、Pm构成的多组数据进行拟合以及参数标定而得到。
[0056] 刚度函数h()的取得过程说明如下：(1)将气体驱动器固定在平行导轨的一端，驱动电机固定在另一端，驱动电机的推杆拉动气体驱动器在平行导轨上做轴向的伸缩运动，利用位移传感器测量气体驱动器的实际长度，利用力传感器测量气体驱动器的移动端的接触力，通过数据采集卡来采集位移传感器和力传感器的测量值。(2)整个过程中保证气体驱动器的气腔打开，使得内外气压一样，即Pm为零，并且在初始状态下使得气体驱动器的初始长度为H。(3)驱动电机拉动推杆运动，使气体驱动器的移动端沿着平行导轨作轴向的伸缩运动，测试过程中电机匀速缓慢运动，所以可以不考虑实验装置的动力学影响。(4) 通过数据采集卡采集位移传感器的数据即可得到气体驱动器的实际长度l(即移动端的运动位移)，以及采集力传感器的数据即可得到气体驱动器的输出力F，如此重复测量得到多组数据；(5)以l和F为横、纵坐标变化量，利用十次以上的测量数据绘制二维曲线，通过对曲线进行拟合得到刚度函数h()，且l＝H时h()也为零。
[0057] 参数εp的标定过程说明如下：(1)将气体驱动器的两端均固定在平行导轨上且与气源连接，以及保持气体驱动器处于初始状态(即测试过程中始终保持实际长度l＝H，也就是位移量为零)，利用气压传感器测量气体驱动器的内部气压，利用力传感器测量气体驱动器的端部的接触力，通过数据采集卡来采集气压传感器和力传感器的测量值。(2)通过气源改变气体驱动器内部相对压强，使得气体驱动器的端部受力，且实际长度不发生改变，气体驱动器的自身变形所产生的驱动力可以忽略不计。(3)通过数据采集卡采集气体传感器的数据即可得到驱动气压Pm，以及采集力传感器的数据即可得到气体驱动器的输出力F，如此重复测量得到多组数据。(4)利用采集到的数据得到F与Pm的曲线，此曲线可以看成线型关系，由此对参数εp进行标定。
[0059] 步骤S141，对于多个气体驱动器形成的串并联结构，可以按照上述步骤 S110-S130的方法输出每个气体驱动器的实际长度和输出力。
[0060] 步骤S142，将各个气体驱动器分别输出的输出力进行累计，得到各个气体驱动器的总输出力，用公式表示为
[0061]
[0062] 其中，Fi为第一类气体驱动器的输出力，Fp为第二类气体驱动器的输出力， i、n分别为第一类气体驱动器的序号和数目。第一类气体驱动器用于将气体驱动器与气源连接且内部气压可调节，第二类气体驱动器用于将气体驱动器封闭且内部气压不可调节。
[0063] 需要说明的是，对于第一类气体驱动器的输出力Fi、第二类气体驱动器的输出力Fp，在实际中可能存在力方向的不一致性，致使第二类气体驱动器的输出力会产生阻力作用，从而减小总输出力的大小，这种情形是正常的，因为这里配合使用第二类气体驱动器不但起到了力的缓冲作用，还可以通过第二类气体驱动器准确获得各个气体驱动器的实际长度或位移量。
[0064] 需要说明的是，获取第一类气体驱动器的输出力和第二类气体驱动器的输出力的过程为：
[0065] (1)将第二类气体驱动器的内部气压输入第一感知层，计算得到对应的实际长度且表示为l′，以及得到对应的位移量且表示为x＝H-l′。可以理解，这里的位移量x有方向之分，若x为正则表示气动驱动器处于压缩状态，若x为负责表示气体驱动器处于伸长状态。
[0066] (2)将第二类气体驱动器的内部气压、第二类气体驱动器对应的位移量输入第二感知层，计算得到第二类气体驱动器的输出力。例如，并联设置的情况下，采用公式计算得到第一类气体驱动器的输出力，其中，gi()为刚度函数且表示第i个第一类气体驱动器自身变形产生的驱动力，εi为第i个第一类气体驱动器对应的过程参数。
[0067] (3)将第一类气体驱动器的内部气压、第二类气体驱动器对应的位移量输入第二感知层，计算得到第二类气体驱动器的输出力。例如，并联设置的情况下，采用公式计算得到第二类气体驱动器的输出力，其中，gp′()为刚度函数且表示第二类气体驱动器自身变形产生的驱动力，εp′为第二类气体驱动器对应的过程参数。
[0068] 本领域的技术人员可以理解，如果第一类气体驱动器和第二类气体驱动器采用相同结构性能的气体驱动器，则过程参数εi和εp′为相同值，并且等效参数 De,i、De,p′也相等。
[0069] 本领域的技术人员可以理解，这里采用第二类气体驱动器对应的位移量来计算第一类气体驱动器的输出量，是因为第二类气体驱动器的封闭结构更容易得到内部气压和实际长度之间的准确对应关系，利于得到更为准确的位移量，从而保证计算结果的准确性。也就是说，利用第二类气体驱动器主要感实际长度的信息，而利用第一类气体驱动器主要感知输出量的信息，这种搭配方式可以使得测量结果更加准确。
[0070] 本领域的技术人员可以理解，在上述的感知方法中由于仅检测驱动气压即可实现对气体驱动器的实际长度和输出力的感知功能，减少了检测数据，却同样可以通过对力和位移的感知满足与外界环境的交互要求，增强气体传感器对复杂环境的适应性。
[0071] 实施例二、
[0072] 请参考图6和图7，在实施例一中公开的气体驱动器感知方法的基础上，本申请还公开一种气体驱动系统，包括气源31、第一类气体驱动器32、第二类气体驱动器35、第一气压传感器33、第二气压传感器36和控制器34，下面分别说明。
[0074] 第一类气体驱动器32具有可伸缩的第一气腔321，第一气腔321与气源31 之间管道连接且在内部形成可调节的内部气压。
[0075] 第二类气体驱动器35具可伸缩的第二气腔，第二气腔具有封闭结构且内部形成不可调节的内部气压。
[0076] 在本实施例中，第二类气体驱动器35与第一类气体驱动器32并联或串联设置。
[0077] 第一气压传感器33与第一气腔321连接，用于检测第一气腔321的内部气压。第一气压传感器33可以设置在气体驱动器32的出口处，也可以设置与气源的连通管道上，这里不做具体限制。
[0078] 第二气压传感器36与第二气腔351连接，用于检测第二气腔351的内部气压。
[0079] 控制器34与第一气压传感器33、第二气压传感器36和气源31信号连接，用于实施例一中步骤S141-S142公开的感知方法累计得到第一类气体驱动器33 和第二类气体驱动器35的总输出力，以及在总输出力达到对应的阈值时停止调节所述气源。
[0080] 在本实施例中，第二类气体驱动器35与第一类气体驱动器32可以是并联设置，也可以是串联设置。由此，控制器34还用于调节气源31的驱动气体提供量，以驱动第一类气体驱动器321和第二类气体驱动器35的总输出力达到对应的阈值。
[0081] 需要说明的是，控制器34中的阈值需要进行出厂设置，或者由用户进行临时设置。总输出力Ftotal对应的阈值决定了第一类气体驱动器33和第二类气体驱动器35在某一个应用场景下的最大输出力，防止总输出力过大而对被驱动物体产生损坏。
[0082] 在一个具体实施例中，参见图6，本系统包括多个第一类气体驱动器32且均与第二类气体驱动器35并联设置，用于在并联的一端形成总输出力。气源31 与各个第一类气体驱动器32管道连接，第一气压传感器33用于检测各个第一类气体驱动器的内部气压。控制器34控制多个第一类驱动器32和第二类驱动器35的总输出力达到对应的阈值。
[0083] 例如图6，显示了n个第一类气体驱动器32和一个第二类气体驱动器35 并联的应用情形，气源31通过连通管道均与n个第一类气体驱动器32连接，为该些第一类气体驱动器32统一提供驱动气体，使得该些第一类气体驱动器32 的驱动气压相等。由此，可以通过上面的公式(4)计算出每一个第一类气体驱动器32的输出力Fi，第二类气体驱动器的输出力Fp，从而计算出总输出力Ftotal，并且通过驱动支撑板(如附图标记37)对外施加总输出力。
[0084] 在另一个具体实施例中，参见图7，第一类气体驱动器32和第二类气体驱动器35串联设置，用于在串联的连接部形成总输出力。控制器34控制第一类驱动器32和第二类驱动器35的总输出力达到对应的阈值。例如图7，显示了一个第一类气体驱动器32和一个第二类气体驱动器35串联的应用情形，气源31 通过连通管道与该第一类气体驱动器32连接，为第一类气体驱动器32统一提供驱动气体。由此，可以通过上面的公式(4)计算出第一类气体驱动器32的输出力Fi(此时n＝1)，第二类气体驱动器的输出力Fp，从而计算出总输出力Ftotal，并且通过驱动支撑板(如附图标记37)对外施加总输出力。
[0085] 本领域的技术人员可以理解，在本实施例中仅需要控制调节驱动气压即可使得实际长度和输出力达到预设的阈值，控制过程更加方便、高效，能够适用于机器人抓取工业、人机交互、医疗设备等应用场合，可以保证抓取的有效性和提高病患的治疗体验。另外，本申请提供的气体驱动系统仅采用了气压传感器作为气体驱动器的检测部件，避免了以往直接通过力传感器或者位移传感器进行测量情形发生，单独使用气压传感器可以降低测量成本，具有较高的应用价值。此外，结合单个气体驱动器的感知方法，可以方便地对多个气体驱动器的串并联设置形态进行总输出力的感知，可以简化多个气体驱动器的控制过程，提高多个气体驱动器所构成机械关节的实用性能。
[0086] 本领域技术人员可以理解，上述实施方式中各种方法的全部或部分功能可以通过硬件的方式实现，也可以通过计算机程序的方式实现。当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器、随机存储器、磁盘、光盘、硬盘等，通过计算机执行该程序以实现上述功能。例如，将程序存储在设备的存储器中，当通过处理器执行存储器中程序，即可实现上述全部或部分功能。另外，当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序也可以存储在服务器、另一计算机、磁盘、光盘、闪存盘或移动硬盘等存储介质中，通过下载或复制保存到本地设备的存储器中，或对本地设备的系统进行版本更新，当通过处理器执行存储器中的程序时，即可实现上述实施方式中全部或部分功能。
[0087] 以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。
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