[發明專利]一種蛇形軟體機器人

有效

• 申請號: 201610537449.0
• 申請日: 2016-07-05
• 公開（公告）號: CN106002989B
• 公開（公告）日: 2018-03-06
• 發明（設計）人: 李鴻宇;曹云騰;陳曦;閆淵
• 申請（專利權）人: 董潤華
• 主分類號: B25J9/06
• 分類號: B25J9/06
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所61215
• 代理人: 何會俠

技術領域

本發明涉及軟機器技術領域，具體涉及一種蛇形軟體機器人。

背景技術

近些年，擁有特殊柔軟性質的軟體機器人吸引了許多科學家與工程師的目光。由于機器人應用的環境日趨復雜，傳統剛性機器人堅硬的構件所導致的應用限制也越來越多，例如較復雜的狹小空間、管道空間的勘探機器，或是用于人體治療、恢復甚至與身體內部植入的一些輔助機器，由于擔心硬的構件對管道、人體組織造成損害，傳統剛性機器人面對這樣的環境只能望而卻步。而軟體機器人適應性強、發力柔和、破壞性小的特點在這樣的環境中則能夠得到很好的效果，若是加以研究與發展，將在日后的很多領域得到廣泛的應用。

仿生學是一門古老而又年輕的學科，從研究蝙蝠而誕生的雷達，到研究螢火蟲而出現的冷光燈，對與自然界生物的神奇功能至今仍不斷有新的發現，由此可見，人類在仿生方面還有很遠需要走。蛇類的蜿蜒運動是在目前仿生學的研究中占據著一個重要地位，蛇的蜿蜒運動是一種空間需求小且相對快速的前進形式。之前對于它的理論研究已經有很多，但蜿蜒運動的蛇形軟機器人研究較少，且往往需要硬質被動輪實現摩擦各向異性達到前進的目的。這種并不是真正的完全的蛇形軟機器人。

發明內容

綜合上述軟材料特點與對蛇的蜿蜒運動的仿生，本發明提供了一種采用純軟材料結構的新型蛇形機器人，其合理利用了軟材料易于大變形的特性，并通過提出的新的蜿蜒運動機理，解決了上述蛇形軟機器人所面臨的問題。

本發明具體技術實施方案如下：

一種蛇形軟體機器人，由運動基體7、動力系統6和信號系統5組成；所述運動基體7由數個左右成對的單元體1構成，所述單元體1為完整的軟材料中空鑄成，包括外壁3以及外壁3所圍成的內部空間2及連通內部空間2的氣道4，單元體1除進氣管外，內部空間2完全氣閉；所述動力系統6主要包括氣泵與電磁閥，電磁閥數量與單元體1的數量一致，電磁閥組的開閉由信號系統5進行控制。

運動基體7中的每個所述單元體1無需摩擦各向異性，即能夠實現運動基體7蜿蜒運動前進。

所述運動基體7中的每個所述單元體1由動力系統6統一供能并由信號系統5通過單獨或相關聯的電磁閥控制。

所述單元體1的內部空間2為外壁3厚度的數倍。

所述單元體1通過增加外壁3厚度或鑄造時在外壁3中鑄入不同軟材料來控制特殊運動結構所要求的不同面剛度。

每個所述單元體1中存在4或6個內部空間2，內部空間2之間排列緊密，通過氣道4予以貫通。

所述單元體1分為上下兩部分，充氣后可分離，實現運動基體7與地面之間接觸點的控制。

在單元體1的鑄造過程中采用如下技術使得單元體1指定外壁3的指定部分抗彎剛度增大：1、增加壁厚；2、澆鑄時采用硬度較大的硅膠材料等。

每一單元體1都應由信號系統5中單片機的編碼通過獨立或相關聯的電磁閥控制。

為保證該蛇形軟體機器人的實用性，其信號系統5與動力系統6應經過集成以減小體積與復雜度。

本發明創新點在于：

1、所述運動基體7無任何硬質零件與結構，完全由軟材料構成，有很好的整體柔性。

2、區別于傳統蜿蜒運動機器，本發明中提到的蛇形軟機器人前進能力與底面摩擦性質無關，且無需底面與地面摩擦各向異性。

3、針對本發明中的運動基體7的氣動結構，提供了有效的控制方法。

附圖說明

圖1為本發明蛇形軟體機器人模塊結構圖。

圖2為運動基體、單元體結構示意圖。

圖3為單元體橫、縱截面充氣膨脹示意圖。

圖4為蜿蜒運動力學原理簡示圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方案對本發明工作原理作詳細的說明：

如圖1和圖2所示，本發明一種蛇形軟體機器人，由運動基體7、動力系統6和信號系統5組成；所述運動基體7由數個左右成對的單元體1構成，所述單元體1為完整的軟材料中空鑄成，包括外壁3以及外壁3所圍成的內部空間2及連通內部空間2的氣道4，單元體1除進氣管外，內部空間2完全氣閉。

發明工作原理如下：

單元體1在運動基體中的排布如圖2所示，對內部空間2充氣后各個截面的變化如圖3所示，對稱排布的單元體在運動過程中總是只有一側充氣，此時單元體各內部空間之間由于充氣膨脹的擠壓可造成中軸彈性模量大的部分發生反向的彎曲。另外，通過對充入氣壓大小的控制可以決定運動基體的該部分發生的彎曲大小，從而可以達到蜿蜒運動的基本形態要求。