[實用新型]變壓雙向彎曲模塊、S型彎曲前行模塊及軟體機器人

有效

• 申請號: 201720211884.4
• 申請日: 2017-03-06
• 公開（公告）號: CN206734593U
• 公開（公告）日: 2017-12-12
• 發明（設計）人: 傅珂杰;李鐵風;曹許諾;劉磊;周昉洵;葉豐毅;金永斌
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: B63H1/36
• 分類號: B63H1/36
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司33224
• 代理人: 胡紅娟

技術領域

本實用新型涉及軟體智能器件，尤其涉及一種變壓雙向彎曲模塊、S型彎曲前行模塊及軟體機器人。

背景技術

隨著仿生學、機器人學、流體力學、電磁學、新型材料科學、自動控制理論等學科的不斷進步，以及海洋經濟的發展和軍事需求的增加，科研工作者把目光投向了長期生活在水下的各種生物運動機理的研究上。與此同時，經過幾億年的進化以后，魚類具備了非常出色的水下游動能力，不僅可以長時間巡游保持低能耗、高效率，而且表現出良好的機動性。

目前廣泛應用的水下航行器基本都是采用螺旋槳推進，由于在螺旋槳尾部的水流分離、漩渦多、氣泡大等原因造成明顯的能量損失，其推進效率只能達到40％；而魚類推進效率可以達到80％以上。

隨著近年來仿生生物學的應用，魚類水下游動的高機動性，高效率，以及對環境擾動小等優點在水下航行器備受推崇，且在民用、軍事領域有著十分廣闊的應用前景。

現有的軟體仿生水下機器人的驅動部件只能實現水下軟體機器人軀體單單順時針或逆時針彎曲，然后恢復初始狀態，無法使軟體機器人軀體既能順時針彎曲又能逆時針彎曲。

目前還沒有模塊化的軟材料部件實現軟體機器人軀體S型彎曲前行。而許多水下生物在運動過程中，其軀體都是通過周期性的S型彎曲產生實際的位移，單靠單一彎曲方向扭轉很難高相似度地還原水下特定生物的運動，而一體化構造S型彎曲驅動部件又需要大量地時間成本，設計的復雜度較大。

實用新型內容

本實用新型提供了一種變壓雙向彎曲模塊，通過改變該模塊內部的壓力可以實現該模塊的雙向彎曲。

一種變壓雙向彎曲模塊，包括兩個變壓腔，所述變壓腔由柔性平面和柔性波紋面連接圍成，兩個所述變壓腔的柔性平面相互貼合；

所述變壓腔的一端設有流體入口，另一端設有流體出口。

根據材料力學的相關原理，物體受外力作用產生的應力相同的情況下，物體的剛度越大，則物體沿外力方向產生的應變越小；同一種材料制成的平面和波紋面，在受到相同大小的外力作用時，波紋面會比平面產生更大的形變，因此通過向變壓腔內充入氣體或液體，調節兩變壓腔的壓差，可實現該模塊的雙向彎曲。

本實用新型的變壓雙向彎曲模塊可以為一體成型，也可以將分別成型的兩個變壓腔組合而成。

作為優選，所述柔性波紋面的波峰與波谷形狀相同，相鄰波峰或相鄰波谷的間距相等。

波峰與波谷形狀相同，相鄰波峰或相鄰波谷的間距相等，在該模塊彎曲變形時形狀比較規則。

柔性波紋面的縱截面上，該柔性波紋面的波峰與波谷可以為圓弧形，波峰與波谷之間通過一直線段相切過渡；該柔性波紋面的縱截面可以為正弦波、半圓波、三角波或矩形波等。

作為優選，所述柔性波紋面的縱截面為三角波。

進一步優選的，相鄰波峰或相鄰波谷的夾角為30°～60°。

該形狀的柔性波紋面在變壓腔內相同壓力差的條件下，變壓雙向彎曲模塊剛度越小，則變壓雙向彎曲模塊越容易彎曲變形。

進一步優選的，波峰最高點與波谷最低點的高度差為20～25mm。

在變壓腔內相同壓力差的條件下，波峰最高點與波谷最低點的高度差越大，則變壓雙向彎曲模塊剛度越小，越容易彎曲變形；反之，則變壓雙向彎曲模塊剛度越大，越不容易彎曲變形。

柔性波紋面的橫截面為弧形、三角形或矩形等。

作為優選，所述柔性平面和柔性波紋面采用硅膠制成。

進一步優選的，所述柔性平面和柔性波紋面的厚度為1～5mm。

硅膠結構穩定、機械強度高，在以該厚度的硅膠為柔性平面和柔性波紋面時，變壓雙向彎曲模塊可承受較大的內部壓強，使其能夠充分彎曲變形。

本實用新型還提供了一種S型彎曲前行模塊，至少包括兩個如上所述的變壓雙向彎曲模塊，相鄰兩變壓雙向彎曲模塊的異側的變壓腔相互連通。

相鄰兩變壓雙向彎曲模塊的異側的變壓腔相互連通是指：在前變壓雙向彎曲模塊左側變壓腔的流體出口通過連通管與在后變壓雙向彎曲模塊右側變壓腔的流體入口連通，在前變壓雙向彎曲模塊右側變壓腔的流體出口通過連通管與在后變壓雙向彎曲模塊左側變壓腔的流體入口連通。

當兩側變壓腔內形成一定壓差時，相鄰的兩個變壓雙向彎曲模塊則向相反的兩個方向彎曲變形，呈S形；當改變兩側變壓腔內壓差方向時，相鄰的兩個變壓雙向彎曲模塊則會呈反S形；當按照一定頻率改變兩側變壓腔內壓差方向時，相鄰的兩個變壓雙向彎曲模塊則會按照相同的頻率呈周期性的S型彎曲擺動。

該S型彎曲前行模塊結構簡單，可用于軟體機器人，模仿生物進行周期性的S型彎曲擺動，以產生實際位移。