[發明專利]一種具有環縱肌結構的氣動軟體機器人

有效

• 申請號: 201810230781.1
• 申請日: 2018-03-20
• 公開（公告）號: CN108608420B
• 公開（公告）日: 2021-06-11
• 發明（設計）人: 滕燕;邵城;張成就
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: B25J9/10
• 分類號: B25J9/10
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 朱沉雁

本發明公開了一種具有環縱肌結構的氣動仿蠕蟲軟體機器人，包括頭尾兩個體節，并分成內外層雙層結構，內層為縱肌結構，包含左右對稱的半圓形縱肌氣腔和金屬徑向限制環；外層為環肌結構，包含在底部分布的三個環肌氣腔，并在外部粘貼滑片，滑片旁為帶凸點的摩擦足。該機器人具有如下特點：一、通過對各個氣腔的充放氣進行驅動控制；二、內層縱肌氣腔充氣能夠實現機器人體節的伸長變形，當左右氣腔充氣壓強不一致時，體節實現彎曲變形。三、外層環肌氣腔充氣能夠實現滑片的伸出。得益于上述特點，所述機器人具有直線爬行、轉彎爬行、爬坡運動、跨越障礙等多種運動模式。本發明應用高氣密性特種橡膠及壓縮空氣，有益于環保與節能，在資源勘測、救災救援、管路檢測、軍事偵察等領域具有良好的應用前景。

技術領域

本發明涉及氣壓傳動領域，特別是涉及一種具有環縱肌結構的氣動軟體機器人。

背景技術

軟體機器人以自然界的軟體生物為原型，有許多優點：理論上具有無限多自由度，末端執行器能夠達到空間上任意一點；具有很好的靈活性，可以適應各種狹窄而不規則的環境；通過主動變形和被動變形能夠在較大范圍內改變自身的形狀和大小，能夠穿過比自身常態尺寸更小的縫隙。因此，軟體機器人在工業、軍事、醫療、救援等領域有著廣闊的應用前景。

軟體機器人在理論上具有無限多自由度，但驅動器數目有限，目前軟體機器人的主要驅動方式有智能材料驅動（介電高彈體DE、形狀記憶合金SMA、離子聚合物-金屬復合材料IPMC等）、壓縮氣體驅動、化學反應驅動（甲烷、丙烷燃燒）。現有的軟體機器人普遍存在著運動形式單一、運動控制困難、運動速度低下等缺點，為了解決上述問題，研究人員進行了相關研究。中國專利201220574291.1公開了“一種軟體機器人”，在軀干部內周向上設置四條或四條以上通道，在通道內沿軸向嵌入微分磁性剛性單元或者微分磁性高分子復合材料，通過控制各通道內的微分磁性剛性單元或者微分磁性高分子復合材料的伸縮量來實現整體的彎曲和蠕動。此軟體機器人效率低下，結構復雜、制造困難。

中國專利201610099586.0公開了“一種具有多種運動形式的軟體機器人模塊”，在彈性主體上設計了三個通氣管，接通三個驅動內腔，并在外部設計數個約束圈，實現了各向彎曲、線性伸長、扭轉等多種運動形式。此軟體機器人雖然實現了多種模式的變形，但其一端固定，并不能實現機器人的移動運動。

中國專利201720211884.4公開了一種“變壓雙向彎曲模塊、S型彎曲前行模塊及軟體機器人”，雙向彎曲模塊包括兩變壓腔，變壓腔通過柔性平面和柔性波紋面連接而成，實現了雙向彎曲變形，但其制造麻煩，平面和波紋面連接難度較大，制造精度較低。且此軟體機器人為水下機器人，通過多個模塊實現S形彎曲擺動，但不能在陸地上的復雜情況下工作。

發明內容

本發明的目的在于提供了一種具有環縱肌結構的氣動軟體機器人，解決了現有的軟體機器人在運動過程中存在著的運動形式單一，運行速率低下、控制困難的問題。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種具有環縱肌結構的氣動軟體機器人，分為首尾兩個體節，包括縱肌結構和環肌結構，環肌結構設置在縱肌結構外部；其中縱肌結構包括縱肌彈性主體、兩個硬質橡膠片和多個金屬徑向限制環；縱肌彈性主體為圓柱形，其內設有四個縱肌氣腔，四個縱肌氣腔兩兩一組自縱肌彈性主體的頭部和尾部分別向中心延伸，且不相通，位于同一組的兩個縱肌氣腔呈左右對稱分布，兩個硬質橡膠片分別固定在縱肌彈性主體的兩端，多個金屬徑向限制環等間隔固定在縱肌彈性主體的外壁。