[發明專利]一種新型氣線耦合結構的軟體機器人

在審

• 申請號: 202310414706.1
• 申請日: 2023-04-18
• 公開（公告）號: CN116423534A
• 公開（公告）日: 2023-07-14
• 發明（設計）人: 劉志杰;馬杰;楊靜;秦勃;李亦歡;李明各
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: B25J11/00
• 分類號: B25J11/00
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

1.一種新型氣線耦合結構的軟體機器人，其特征在于，所述軟體機器人的主體包括線驅動單元、氣驅動單元和耦合單元；

其中，所述線驅動單元的幾何結構呈錐形，其尾部預留預定長度的驅動線以連接動力系統；所述氣驅動單元包括氣動關節，所述氣動關節采用折紙結構，并在上下表面開設第一通孔以實現通氣以及線驅動單元的走線；所述耦合單元包括多個耦合關節，用于實現所述線驅動單元與所述氣驅動單元的耦合。

2.根據權利要求1所述的軟體機器人，其特征在于，設計線驅動單元時，通過以下實驗探究線驅動單元的纏繞性能與錐度、圓心角切面角度以及長度的關系：

分別采用0、1、2、3、4錐度，80mm長度的線驅動單元纏繞45mm直徑的塑料管探究纏繞性能與錐度的關系；其中，錐度是指線驅動單元錐體的底面直徑與錐體高度之比；

得到最佳錐度后，分別采用圓心角切面角度為90°、120°、135°、180°，280mm長度的線驅動單元纏繞45mm直徑的塑料管探究纏繞性能與圓心角切面角度的關系；

最后分別采用300mm、400mm、460mm、500mm長度，1錐度，120°圓心角切面角度的線驅動單元纏繞45mm直徑的塑料管探究纏繞性能與長度的關系；

通過以上實驗，對實驗結果進行對比后，最終確定線驅動單元采用錐度為1、圓心角切面角度為120°、長度為400mm的尺寸設計。

3.根據權利要求1所述的軟體機器人，其特征在于，所述氣動關節的單胞參數設為a＝30mm，b＝50mm，壁厚2mm，單胞經橫向和縱向的生長形成所述氣動關節。

4.根據權利要求1所述的軟體機器人，其特征在于，所述耦合單元包括第一耦合關節、第二耦合關節、第三耦合關節；所述第一耦合關節的上部設有第一圓柱體，所述第一圓柱體的中心開設第二通孔，所述第一耦合關節的下部一端開口，并在開口端設置四個螺絲孔；所述第二耦合關節的形狀為長方體，

所述長方體上設有四個第三通孔以使螺絲穿過；所述第三耦合關節上設有第二圓柱體，所述第二圓柱體上開設第四通孔和橢圓通孔。

5.根據權利要求4所述的軟體機器人，其特征在于，所述第一耦合關節與所述第二耦合關節采用過盈配合的方式連接，并使用螺絲進行緊固；所述第一耦合關節下部開口與所述線驅動單元的尾部相接，所述第一耦合關節上部的第一圓柱體從所述氣動關節的下表面插入所述第一通孔；所述第三耦合關節的第二圓柱體從所述氣動關節的上表面插入所述第一通孔；

其中，所述第一圓柱體上的第二通孔和所述第二圓柱體上的第四通孔用于所述線驅動單元的走線，所述第二圓柱體上的橢圓通孔用于氣管插入。

6.根據權利要求1所述的軟體機器人，其特征在于，所述軟體機器人通過所述線驅動單元延伸出的驅動線與步進電機相連，所述驅動線纏繞在步進電機的滑輪上，滑輪固定在步進電機的軸上，步進電機連接到二相步進電機驅動器；所述二相步進電機驅動器通過導線連接到樹莓派，利用樹莓派中的程序控制步進電機的轉動帶動線驅動單元實現彎曲。

7.根據權利要求1所述的軟體機器人，其特征在于，所述氣動關節上端組合為一個氣管，所述氣管通過三通氣管接頭分別連接吸氣泵和呼氣泵，所述吸氣泵和所述呼氣泵均連接調壓閥，所述調壓閥用于調節空氣壓力以防止損壞氣動關節；所述調壓閥通過繼電器進行控制，所述繼電器通過導線連接到樹莓派，利用樹莓派中的程序控制繼電器，實現吸氣泵的吸氣和呼氣泵的吹氣。

8.根據權利要求1所述的軟體機器人，其特征在于，所述氣動關節為折紙狀橡膠，貼合于平臺下方，使用熱熔膠固定，中部設置第一通孔，用于放置下端線驅動單元的驅動線，所述氣動關節下端與所述線驅動單元相接，兩者粘合以便協同運動。

9.根據權利要求8所述的軟體機器人，其特征在于，所述線驅動單元設計為插入驅動線的觸手，觸手為白色固態，呈軟體狀，能夠實現變形以及卷曲，整個觸手中間設置一個通道以便驅動線進入，觸手前端設計一個帽子使驅動線易于打結，以便于承受更大的力。

10.根據權利要求9所述的軟體機器人，其特征在于，所述驅動線連接的動力系統包括步進電機，所述步進電機通過樹莓派直接控制驅動線的拉力以及拉動時間。