[發明專利]基于尺蠖的仿生軟體機器人

在審

• 申請號: 201910638897.3
• 申請日: 2019-07-16
• 公開（公告）號: CN110238822A
• 公開（公告）日: 2019-09-17
• 發明（設計）人: 史震云;王耀宇;張以遠;祝志洋;張經直;鄭佳;黃皓
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00
• 代理公司: 北京匯捷知識產權代理事務所(普通合伙) 11531
• 代理人: 于鵬

本發明公開了一種基于尺蠖的仿生軟體機器人，包括機器人本體；所述機器人本體的兩端被配置為足部；所述足部之間形成為所述機器人本體的軀干部；所述機器人本體采用柔性材料制成；所述軀干部被配置為能夠彎曲地驅動整體移動的結構，所述足部能夠夾持沿所述軀干部移動方向分布的支撐物并輔助移動；所述足部能夠相對于所述軀干部傾斜地夾持偏離移動方向分布的支撐物以輔助改變移動方向；本發明的軟體機器人采用硅膠框架和多級形狀記憶合金彈簧驅動的結構形式，使得機器人具有很好的柔性和控制的靈活性，能實現多種動作形態，具有跨越簡單障礙的功能，同時縮小了機器人的體積。

技術領域

本發明涉及形狀記憶合金驅動技術領域，尤其涉及一種基于尺蠖的仿生軟體機器人。

背景技術

隨著人們對機器人技術需求的不斷提升,傳統剛性機器人因其結構復雜、安全性差、適應性差、靈活性差等原因已經難以滿足人們的需求,而軟體機器人是一種由柔性材料制作的新型機器人，能夠適應各種非結構化環境，能夠提供更為安全的人機交互。

仿生軟體機器人的研究靈感來源于生物,這些生物包括蠕蟲等爬行生物,章魚、游魚等水中生物,蚱蜢、跳蚤等跳躍型生物等,根據仿生對象不同，仿生軟體機器人擁有不同的特點和功能。

尺蠖屬于節肢動物，其身體細長，行動時一屈一伸像個拱橋，具有很強的攀爬能力，對攀爬環境的適應性很強。

形狀記憶合金制成的SMA驅動器因其功率密度高，結構簡單，噪聲低等優點，是軟體機器人中常用的驅動方式之一。

目前仿生尺蠖機器人柔性較差，環境適應性差，或只具備簡單的爬行能力。因此如何使仿生尺蠖具有更強的柔性，及多種攀爬能力，是一大關鍵問題。

對比文件1：在中國發明專利申請(CN 105697927 A)公開了一種基于IPMC的仿生尺蠖管道爬行機構。該裝置包括兩個嵌位模塊和一個伸縮模塊，利用智能材料IPMC通電后彎曲的特性作為驅動原理，尺寸小，質量輕，通過調整IPMC足的傾斜角度可以適應不同的管徑，自身結構可彎曲，能夠通過較大曲率的彎道，可以實現管道內的前進、駐留、后退的運動。

對比文件2：在中國發明專利申請(CN109756147A)公開了一種基于液晶彈性聚合物的仿生尺蠖結構，結構頂層為具有一定厚度的硅膠模，下方為通過粘附材料與硅膠模粘結為一體的斜柱狀陣列結構以及液晶彈性聚合物。該結構能夠在小電壓驅動下，實現驅動可控和大變形有機統一。

對比文件3：在中國發明專利申請(CN109823429A)公開了一種仿生尺蠖機器人，機器人頭部包括超聲波測距探頭、紅外人體感應探頭和狀態提示等，若干關節相連接形成軀干，每個關節含有一個舵機，針簇足又彈簧、鋼針、連桿、舵機構成，鋼針結合彈簧后能夠抓住不平坦的地面，，機器人的前后足鋼針方向相同，當機器人前進或后退時同向鋼針使得推力方向一致，避免滑動以降低力的損耗，機器人的仿生針簇足，在履帶無法運行環境仍能進入廢墟有效地附著面適應地形，有利于提高廢墟中的通過率，進行搜查工作。

對比文件4：在文獻《Reachability Improvement of a Climbing Robot Basedon Large Deformations Induced by Tri-Tube Soft Actuators》中公開了一種水蛭仿生機器人，該機器人由兩端的吸盤結構，中間的軟管結構組成，通過驅動三根軟管不同的伸縮量，來控制機器人的偏轉，通過首尾的吸盤結構來進行機器人的位移約束控制。該機器人能夠實現在垂直墻壁上的攀爬。

本領域技術人員經過仔細研究上述對比文件后，總結出現有技術中的仿生機器人仍然存在以下技術問題：

對比文件1公開的一種基于IPMC的仿生尺蠖管道爬行機構，主要由剛性結構組成，柔性較差，且僅適于在規則的、管徑適配的管道中爬行，應用場景限制較多。

對比文件2公開的液晶彈性聚合物的仿生尺蠖結構僅能在無障礙的平面上爬行，無跨越障礙的能力，爬坡能力較差。