[發明專利]一種柔性機器人及其設計方法

有效

• 申請號: 202110658747.6
• 申請日: 2021-06-15
• 公開（公告）號: CN113305850B
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發明（設計）人: 袁衛鋒;謝琦;李宗陽;袁迪;秦怡帥
• 申請（專利權）人: 西南科技大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 北京正華智誠專利代理事務所(普通合伙) 11870
• 代理人: 李夢蝶

本發明公開了一種柔性機器人及其設計方法，所述柔性機器人包括柔性薄膜、浮力軀干、控制單元、電機、動力傳遞裝置和多個固定環，所述浮力軀干作為所述柔性薄膜的骨架，用于支撐所述柔性薄膜，并且其上設置有所述控制單元和所述電機，所述電機與所述控制單元連接，多個所述固定環均布于所述柔性薄膜的外圍，所述動力傳遞裝置依次穿設于多個所述固定環設置。本發明提供的柔性機器人，能夠解決現有的機器人體積大、控制自由度多的問題。

技術領域

本發明涉及機器人技術領域，具體涉及一種柔性機器人及其設計方法。

背景技術

軟體機器人由于其自適應性、重量輕、成本低等優點，成為眾多研究學者關注的熱點領域。目前，大多數軟體機器人的設計靈感來自于自然界中的生物，通過模仿自然界中生物的生理特性和外表特征，制造出更加優越的結構來實現不同的功能，如行走、抓握、跳躍、飛行等。按照結構可將軟體機器人劃分為蠕蟲類和頭足類動物，其驅動方式包括物理驅動、流體驅動(氣動和液動)、電磁驅動。例如：受到章魚結構的啟發，可以通過繩索調節或者加入SMA(形狀記憶合金)線圈，來驅動軟機械臂的彎曲、伸長等動作。目前已有相關研究者提供了一種通過氣壓驅動的橡膠制動器，開發了一種形狀類似蝠鲼的軟體機器人。Robert K等人制作了由液壓驅動的軟體機器魚，以水為傳動液的閉路驅動系統來驅動軟體，水通過體內通道的循環控制著魚的尾鰭推進力和偏航運動。對于應用場景的不同，所適用的軟體機器人的驅動方式也不盡相同。上述的驅動方式是目前常采用的驅動類型，雖然各有優勢，但也存在其適用的機構設計和控制復雜等不足。目前軟體機器人還處于初期探索階段，隨著研究的不斷深入，未來軟體機器人的驅動方式將會朝著體積小、結構簡單、控制自由度少的趨勢發展。

發明內容

本發明的目的在于提供一種柔性機器人，以解決現有的機器人體積大、控制自由度多的問題。

本發明解決上述技術問題的技術方案如下：

本發明提供一種柔性機器人，所述柔性機器人包括柔性薄膜、浮力軀干、控制單元、電機、動力傳遞裝置和多個固定環，所述浮力軀干作為所述柔性薄膜的骨架，用于支撐所述柔性薄膜，并且其上設置有所述控制單元和所述電機，所述電機與所述控制單元連接，多個所述固定環均布于所述柔性薄膜的外圍，所述動力傳遞裝置依次穿設于多個所述固定環設置。

可選擇地，所述浮力軀干包括安裝端和與所述安裝端相對的閑置端，所述浮力軀干自所述安裝端至所述閑置端逐漸變細，所述安裝端用于設置所述電機和所述控制單元。

可選擇地，所述柔性薄膜包括第一分膜和第二分膜，所述第一分膜和所述第二分膜關于所述浮力軀干對稱設置。

可選擇地，所述動力傳遞裝置構造為環形彈性桿。

可選擇地，所述柔性機器人還包括防水外殼，所述防水外殼用于包裹所述柔性薄膜、所述浮力軀干、所述控制單元、所述電機、所述動力傳遞裝置和多個所述固定環。

可選擇地，所述電機為雙出軸電機。

基于上述技術方案，本發明還提供一種基于上述的柔性機器人的設計方法，其特征在于，所述設計方法包括：

S1：設計動力傳遞裝置；

S2：根據所述動力傳遞裝置，設計所述柔性機器人。

可選擇地，所述步驟S1包括以下分步驟：

S11：建立環形彈性桿的力學模型，其中，所述力學模型包括驅動端和釋放端；

S12：對所述力學模型的驅動端或釋放端施加連續扭轉載荷，得到扭轉結果；

S13：建立所述環形彈性桿的幾何模型；

S14：將所述幾何模型輸入模型分析軟件中，得到分析結果；

S15：對比所述扭轉結果和所述分析結果，確定所述環形彈性桿為所述動力傳遞裝置。