[發明專利]一種基于三浦折疊設計的軟體爬行機器人

在審

• 申請號: 201911345751.6
• 申請日: 2019-12-24
• 公開（公告）號: CN110900562A
• 公開（公告）日: 2020-03-24
• 發明（設計）人: 焦志偉;于猛;馬昊鵬;李榮軍;于源;丁玉梅;楊衛民
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: B25J5/00
• 分類號: B25J5/00;B25J9/00;B25J9/08;B25J9/14;B62D57/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于三浦折疊設計的軟體爬行機器人，由左側可折疊氣體驅動單元、右側可折疊氣體驅動單元、前腳、后腳和行進輪組成，左右兩個可折疊氣體驅動單元粘接在前腳、后腳之間。左右兩側可折疊氣體驅動單元分別由不同的氣源獨立控制。工作時，分別對左右兩側的可折疊氣體驅動單元進行充氣或抽氣，使軟體機器人兩個可折疊氣體驅動單元周期性的伸長、縮短，由于在前腳、后腳上的行進輪的單向軸承的限制，軟體機器人能夠完成直行、轉向運動。本發明一方面提供一種體積較小、在自身高度不變的情況下能夠快速、靈活運動的軟體機器人,另一方面提供一種可折疊氣體驅動單元，可有效解決傳統爬行軟體機器人爬行阻力大、轉向困難、靈活性較差問題。

技術領域

本發明屬于軟體機器人技術領域，具體涉及一種基于三浦折疊設計的軟體機器人。

背景技術

軟體機器人采用硅膠或橡膠等柔性材料制作，可以在大范圍改變自身的形狀，與傳統的剛性機器人相比，軟體機器人能夠適應復雜的作業環境，能夠適應不同的外加載荷和環境阻礙，具有較好的人機交互性，在偵察、探測以及醫療行業有著廣闊的應用場景。

爬行類軟體機器人是軟體機器人領域內的一個熱點，目前國內外研制出的爬行類軟體機器人大多都是仿照毛蟲、尺蠖等自然界生物的運動模式。其中依靠氣體驅動的仿毛蟲、尺蠖的爬行類軟體機器人在直行、轉向的時候，軟體機器人本身會變形為類似“Ω”的弓形形狀，自身產生較大的變形、膨脹。依靠前后兩端或左右兩端結構的差異化設計，使其前后端或左右端與地面的摩擦力大小不同或差動驅動，進而使軟體機器人前進或轉向。該類軟體機器人在運動過程中本身會變形為類似“Ω”的弓形形狀，軟體機器人自身產生一定的變形、膨脹，運動比較緩慢，因此，在一些狹小、高度受限的環境下，該類軟體機器人的運動會受到一定的限制。

近年來，折紙結構在工程中的應用越來越廣泛，這為設計軟體機器人提供了新的思路。三浦折疊是由三浦公亮所發明的折疊技術，折疊后形成特殊的褶皺，只需沿單一軸線方向拉伸，整個結構即可展開成平行四邊形的“棋盤”，要收攏時則反向一推即可。三浦折疊能夠改變紙張的力學和材料特性，例如三浦折疊可以讓不起眼的紙張具有一定的剛度、可壓縮性、可收縮性以及負泊松比。三浦折疊具有一定的記憶特性，在折疊過后，紙張可以在較小的力的作用下恢復到折疊狀態。三浦折疊在太空衛星、太陽能電池板、隔音墻等方面均有應用。

發明內容

本發明基于三浦折疊上述的特點，設計提出一爬行式軟體機器人，通過驅動器的結構設計可以實現在較小的氣壓范圍內實現較大的長度變化，該爬行式軟體機器人能夠在自身形變較小、自身高度不變的情況下能夠快速、靈活運動，能夠有效解決傳統爬行軟體機器人爬行阻力大、轉向困難、靈活性較差的問題。

本發明設計的爬行式軟體機器人主要由左側可折疊氣體驅動單元、右側可折疊氣體驅動單元、前腳、后腳和行進輪組成。可折疊氣體驅動單元能夠在正壓下伸長，在負壓下收縮。左折疊驅動單元和右折疊驅動單元結構完全相同，由柔軟的外表皮和支撐骨架組成，左右兩個可折疊氣體驅動單元粘接在前腳、后腳之間，分別由不同的氣源獨立控制。行進輪分別由軸、單向軸承和輪胎組成，四個行進輪分安裝在前腳、后腳的安裝孔中，后腳上開孔，工作時，通過后腳左右兩個通氣孔分別對左右兩側的可折疊氣體驅動單元進行充氣或抽氣，控制左右可折疊氣體驅動單元內的氣壓，進而控制可折疊氣體驅動單元的伸長和收縮。直行時，對左右兩側的可折疊氣體驅動單元同時充氣、抽氣，使軟體機器人周期性的伸長、縮短，由于在前腳、后腳上的單向軸承的限制，使得軟體機器人不斷的向前移動；轉向時，為了獲得較大的轉向角度，先對左右兩側的可折疊氣體驅動單元同時抽氣，然后再對左或右側驅動單元循環充氣、抽氣，由于在前腳、后腳上的單向軸承的限制，使得軟體機器人不斷的向右或左轉向。

所屬軟體機器人中左側可折疊氣體驅動單元、右側可折疊氣體驅動單元、前腳、后腳以3D打印成型作為模具，用可澆注硅膠以及聚二甲基硅氧烷(PDMS)等軟材料澆注而成。支撐骨架由紙張沿折痕折疊制成，并粘結在可折疊部分的表皮內表面。