CN102922528A - 一种软体机器人 - Google Patents
一种软体机器人 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102922528A CN102922528A CN2012104338770A CN201210433877A CN102922528A CN 102922528 A CN102922528 A CN 102922528A CN 2012104338770 A CN2012104338770 A CN 2012104338770A CN 201210433877 A CN201210433877 A CN 201210433877A CN 102922528 A CN102922528 A CN 102922528A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- differential magnetic
- matrix
- trunk
- rigid element
- control circuit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Toys (AREA)
- Manipulator (AREA)
Abstract
本发明涉及一种软体机器人，可以应用于管道检修、废墟搜救以及军事侦察等非结构作业环境中。主要包括基体、微分磁性刚性单元或者微分磁性高分子复合材料、控制电源和控制电路，所述基体包括头部、颈部、躯干部、脚和尾部共五个部分；所述的微分磁性刚性单元或者微分磁性高分子复合材料是小型片状结构；在躯干部内周向上设置四条或四条以上通道，在通道内沿轴向嵌入微分磁性刚性单元或者微分磁性高分子复合材料，通过控制各通道内的微分磁性刚性单元或者微分磁性高分子复合材料的伸缩量来实现整体的弯曲和蠕动。本发明一种软体机器人采用内置电源，整条电路被包裹在基体内，免受环境的侵蚀和破坏，成型加工性和弹性良好，动作灵敏、连续。
Description
技术领域
本发明涉及一种应用于管道检修、废墟搜救以及军事侦察等非结构作业环境中的软体机器人。
背景技术
机器人已广泛应用于军事、工业、科学探测等诸多领域。传统机器人一般由刚性模块通过运动副连接构成，所有运动副的运动组合形成机器人末端执行器的工作空间，这种机器人具有运动精确的优点，但结构的刚性使其环境适应性较差，无法通过狭窄或结构复杂的空间。
软体机器人是仿生机器人研究的延续，模仿自然界中的软体动物，具有无限多自由度和连续变形能力，可在大范围内任意改变自身形状和尺寸。由于其出色的灵活性和适应性，在军事、探测、医疗等领域具有广泛的应用前景。
哈佛大学的怀特赛德斯团队发明的软体机器人采用软光刻技术制成，这种技术虽然具有很高的分辨率，但是在批量化生产之前成本比较高，同时需要借助空气前行，当空气注入四肢后，具有弹性的腔体会像气球一样扩张，而腔体材料却不舒展而四肢蜷缩。当弯曲时，借助肢体与周围摩擦力作用产生的横向推力，整个身体可以不断向前推进。这种空气驱动方式容易出现气压不稳定，而且由于路面情况的不同造成肢体与其作用产生的横向推力也有很大的差异。中国专利CN201010129066.2公开了“一种搜救机器人”，其包括基体、中间骨架、电机、PVC管、摄像机和光源模块等。由于需要通过电机转动来驱使PVC管收缩，从而挤压基体产生驱动力来驱动机器人，所以整个机器人的结构较为复杂。而且大部分机器人是有线的，线路的冗余容易影响机器人的运动，而且线路容易受环境的侵蚀和破坏。
发明内容
本发明的目的是提出一种新型软体机器人驱动方式，从而使软体机器人在非结构作业环境中反应灵敏，运动灵活，动作迅速。
本发明采用的技术方案是：一种软体机器人，主要包括基体、微分磁性刚性单元或者微分磁性高分子复合材料、控制电源和控制电路，所述基体包括头部、颈部、躯干部、脚和尾部共五个部分；所述的微分磁性刚性单元或者微分磁性高分子复合材料是小型片状结构，类似于将一个磁条分切成多个片，即数学上的微分概念，故称作微分磁性刚性单元或者微分磁性高分子复合材料；在躯干部内周向上设置四条或四条以上通道，在通道内沿轴向嵌入数个相间隔的微分磁性刚性单元或者微分磁性高分子复合材料，每个微分磁性刚性单元或者微分磁性高分子复合材料都与控制电路连接，利用微分磁性刚性单元或者微分磁性高分子复合材料通电时有磁性、断电时磁性消失及同级互相排斥的特点，同时结合聚合物材料的弹性，通过控制各通道内的微分磁性刚性单元或者微分磁性高分子复合材料的伸缩量来实现整体的弯曲和蠕动；控制电源用于给控制电路供电，控制电源为小型干电池，内置于基体的头部，头部与躯干部采用可拆卸连接，需要更换电池时，打开头部更换即可；微分磁性刚性单元或者微分磁性高分子复合材料通过控制电路彼此连接起来，通过基体内腔，与头部的电源相连接。控制电路一部分嵌入到躯干部中，与控制电源连接，使各通道内的微分磁性刚性单元或者微分磁性高分子复合材料分别伸缩，不同通道内的微分磁性刚性单元或者微分磁性高分子复合材料伸缩不同使基体弯曲，由伸缩和弯曲带动基体运动，控制电路另有一部分在躯干部以外，是无线遥控部分，通过遥控部分向躯干部的控制电路发出的指令控制基体的运动。
本发明一种软体机器人所用的基体材料为聚氨酯（TPU）、热塑性弹性体（TPE）、热塑性硫化胶（TPV）、橡胶（RB）或乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）等高弹性高分子材料，这些材料具有良好的弹性和成型加工性。利用这些特点，易于加工成本发明所需的形状，同时还可以配合微分磁性刚性单元或者微分磁性高分子复合材料完成驱动动作，在大部分的应用环境中性能保持稳定，在控制电路的驱动下灵活运动。
本发明一种软体机器人所用的控制电源为小型干电池，该电池体积小，容量大，持续时间长，更换方便。
本发明一种软体机器人所用的微分磁性刚性单元或者微分磁性高分子复合材料置于躯干部周向上设置的通道内，彼此同级相对，嵌入躯干部材料中，通电时有磁性，断电时磁性消失，可以通过调节电流的大小来控制磁性的强弱，进而控制聚合物材料变形的大小。
本发明的有益效果是：
1、本发明一种软体机器人可以任意调节软体机器人运动的快慢和整体的弯曲，可以实现在非结构环境作业下驱动方式稳定，动作灵敏、连续。
2、本发明一种软体机器人结构小巧灵活，所用的基体材料成型加工性和弹性良好，容易加工成所需要的形状，同时可以承受环境的侵蚀。
3、本发明一种软体机器人采用内置电源，克服了传统机器人必须外接电源的缺点，从而整条电路被包裹在基体内，免受环境的侵蚀和破坏，同时避免了线路的冗余对软体机器人运动的影响。
附图说明
图1是本发明一种软体机器人的整体外形图。
图2是本发明一种软体机器人的躯干部的一节的横向剖面放大图。
图3是本发明一种软体机器人的躯干部的一节的轴向剖面放大图。
图中：1、头部，2、颈部，3、躯干部，4、脚，5、尾部，6、基体，7、微分磁性刚性单元或者微分磁性高分子复合材料，8、基体内腔，9、通道，10、控制电路。
具体实施方式
如图1所示，本发明一种软体机器人，主要包括基体6、微分磁性刚性单元或者微分磁性高分子复合材料7、控制电源和控制电路10，所述基体6包括头部1、颈部2、躯干部3、脚4和尾部5共五个部分，头部1和颈部2做成一体，其他部分做成一体，这两部分再连接起来，这种两体结构便于更换电池。如图2（未显示控制电路）和图3所示，在该软体机器人的躯干部3的周向上布置四条通道9，在通道9内均匀布置微分磁性刚性单元或者微分磁性高分子复合材料7，同极相对，镶嵌于基体6中的躯干部3内。微分磁性刚性单元或者微分磁性高分子复合材料7通过控制电路10彼此连接起来，通过基体内腔8，与头部1的电源相连接。基体6的材料为高弹性高分子材料，该材料具有良好的弹性，当开始通电时，通道9内的微分磁性刚性单元或者微分磁性高分子复合材料7具有磁性，由于同极相互排斥，微分磁性刚性单元或者微分磁性高分子复合材料7相互彼此远离，由于基体6材料的弹性，镶嵌于基体6内的微分磁性刚性单元或者微分磁性高分子复合材料7促使基体6张开，断电时，微分磁性刚性单元或者微分磁性高分子复合材料7磁性消失，排斥作用消失，促使基体6收缩，这样一张一合，从而带动整个软体机器人运动。通过调节控制电路10，来控制软体机器人整体移动的快慢，通过调节控制电路10中电流的大小来控制各通道9内的伸缩量，通过控制各通道9内的伸缩量来实现基体6整体的弯曲与移动。
Claims (3)
1.一种软体机器人，其特征在于：主要包括基体、微分磁性刚性单元或者微分磁性高分子复合材料、控制电源和控制电路，所述基体包括头部、颈部、躯干部、脚和尾部共五个部分；所述的微分磁性刚性单元或者微分磁性高分子复合材料是小型片状结构；在躯干部内周向上设置四条或四条以上通道，在通道内沿轴向嵌入数个相间隔的微分磁性刚性单元或者微分磁性高分子复合材料，每个微分磁性刚性单元或者微分磁性高分子复合材料都与控制电路连接，利用微分磁性刚性单元或者微分磁性高分子复合材料通电时有磁性、断电时磁性消失及同级互相排斥的特点，同时结合聚合物材料的弹性，通过控制各通道内的微分磁性刚性单元或者微分磁性高分子复合材料的伸缩量来实现整体的弯曲和蠕动；控制电源用于给控制电路供电，控制电源内置于基体的头部，头部与躯干部采用可拆卸连接；微分磁性刚性单元或者微分磁性高分子复合材料通过控制电路彼此连接起来，通过基体内腔，与头部的电源相连接；控制电路一部分嵌入到躯干部中，与控制电源连接，控制电路另有一部分在躯干部以外，是无线遥控部分，通过遥控部分向躯干部的控制电路发出的指令控制基体的运动；基体材料采用高弹性高分子材料。
2.根据权利要求1所述一种软体机器人，其特征在于：基体材料为聚氨酯、热塑性弹性体、热塑性硫化胶、橡胶或乙烯-醋酸乙烯共聚物。
3.根据权利要求1所述一种软体机器人，其特征在于：控制电源为小型干电池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201210433877.0A CN102922528B (zh) | 2012-11-02 | 2012-11-02 | 一种软体机器人 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201210433877.0A CN102922528B (zh) | 2012-11-02 | 2012-11-02 | 一种软体机器人 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102922528A true CN102922528A (zh) | 2013-02-13 |
| CN102922528B CN102922528B (zh) | 2014-11-05 |
Family
ID=47637528
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201210433877.0A Active CN102922528B (zh) | 2012-11-02 | 2012-11-02 | 一种软体机器人 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102922528B (zh) |
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104440918A (zh) * | 2014-08-18 | 2015-03-25 | 浙江工业大学 | 主动可变刚度长臂式仿生软体机器人 |
| CN104924305A (zh) * | 2015-06-19 | 2015-09-23 | 上海交通大学 | 可变形软体球型模块机器人 |
| CN105500380A (zh) * | 2016-02-02 | 2016-04-20 | 浙江工业大学 | 串并融合伪足软体机器人 |
| CN107214687A (zh) * | 2017-07-25 | 2017-09-29 | 江苏大学 | 一种热变形腔体驱动爬行软体机器人 |
| CN107283811A (zh) * | 2017-07-24 | 2017-10-24 | 江苏大学 | 一种软体机器人材料制造的预拉伸装置 |
| CN107984470A (zh) * | 2018-01-12 | 2018-05-04 | 孟金来 | 柔性电磁驱动装置 |
| CN108214466A (zh) * | 2018-02-26 | 2018-06-29 | 孟金来 | 机器毛虫 |
| CN108523831A (zh) * | 2018-04-18 | 2018-09-14 | 佛山伊贝尔科技有限公司 | 一种复合材料制造的软体机器人 |
| CN108608420A (zh) * | 2018-03-20 | 2018-10-02 | 南京理工大学 | 一种具有环纵肌结构的气动软体机器人 |
| CN108622222A (zh) * | 2018-05-11 | 2018-10-09 | 清华大学 | 一种软体爬行机器人 |
| CN108891496A (zh) * | 2018-06-19 | 2018-11-27 | 哈尔滨工程大学 | 一种气动仿蚯蚓软体机器人 |
| CN105598959B (zh) * | 2016-02-19 | 2019-01-11 | 上海交通大学 | 基于电活性聚合物的仿生变形环节机器人 |
| CN109531540A (zh) * | 2018-11-06 | 2019-03-29 | 广州大学 | 基于单片机控制的电磁式软体运动机器人及其控制方法 |
| CN112692820A (zh) * | 2020-11-18 | 2021-04-23 | 杭州电子科技大学 | 一种自激励式软体机器人及其驱动方法 |
| CN113911223A (zh) * | 2021-10-20 | 2022-01-11 | 上海应用技术大学 | 软体机器人及软体机器人的控制方法 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1054497A (zh) * | 1990-12-25 | 1991-09-11 | 周洪直 | 可塑柔性磁体电磁模拟肌肉 |
| JPH06327215A (ja) * | 1993-05-07 | 1994-11-25 | Saito Hiroshi | 伸縮式電磁気原動機 |
| US5394132A (en) * | 1993-07-19 | 1995-02-28 | Poil; James E. | Magnetic motion producing device |
| CN1541814A (zh) * | 2003-04-29 | 2004-11-03 | 魏顶启 | 电磁肌肉动力装置 |
| JP2007296612A (ja) * | 2006-05-01 | 2007-11-15 | Dainippon Printing Co Ltd | 電磁式アクチュエータ及び電磁式アクチュエータ装置 |
| CN101376407A (zh) * | 2008-09-23 | 2009-03-04 | 扬州大学 | 基于蠕虫爬行机理的仿生蠕动爬行机构 |
| CN202295051U (zh) * | 2011-11-10 | 2012-07-04 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种全皮肤翻转运动软体机器人 |
| CN202910862U (zh) * | 2012-11-02 | 2013-05-01 | 北京化工大学 | 一种软体机器人 |
-
2012
- 2012-11-02 CN CN201210433877.0A patent/CN102922528B/zh active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1054497A (zh) * | 1990-12-25 | 1991-09-11 | 周洪直 | 可塑柔性磁体电磁模拟肌肉 |
| JPH06327215A (ja) * | 1993-05-07 | 1994-11-25 | Saito Hiroshi | 伸縮式電磁気原動機 |
| US5394132A (en) * | 1993-07-19 | 1995-02-28 | Poil; James E. | Magnetic motion producing device |
| CN1541814A (zh) * | 2003-04-29 | 2004-11-03 | 魏顶启 | 电磁肌肉动力装置 |
| JP2007296612A (ja) * | 2006-05-01 | 2007-11-15 | Dainippon Printing Co Ltd | 電磁式アクチュエータ及び電磁式アクチュエータ装置 |
| CN101376407A (zh) * | 2008-09-23 | 2009-03-04 | 扬州大学 | 基于蠕虫爬行机理的仿生蠕动爬行机构 |
| CN202295051U (zh) * | 2011-11-10 | 2012-07-04 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种全皮肤翻转运动软体机器人 |
| CN202910862U (zh) * | 2012-11-02 | 2013-05-01 | 北京化工大学 | 一种软体机器人 |
Cited By (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104440918B (zh) * | 2014-08-18 | 2016-03-02 | 浙江工业大学 | 主动可变刚度长臂式仿生软体机器人 |
| CN104440918A (zh) * | 2014-08-18 | 2015-03-25 | 浙江工业大学 | 主动可变刚度长臂式仿生软体机器人 |
| CN104924305A (zh) * | 2015-06-19 | 2015-09-23 | 上海交通大学 | 可变形软体球型模块机器人 |
| CN105500380A (zh) * | 2016-02-02 | 2016-04-20 | 浙江工业大学 | 串并融合伪足软体机器人 |
| CN105598959B (zh) * | 2016-02-19 | 2019-01-11 | 上海交通大学 | 基于电活性聚合物的仿生变形环节机器人 |
| CN107283811A (zh) * | 2017-07-24 | 2017-10-24 | 江苏大学 | 一种软体机器人材料制造的预拉伸装置 |
| CN107214687B (zh) * | 2017-07-25 | 2021-04-20 | 江苏大学 | 一种热变形腔体驱动爬行软体机器人 |
| CN107214687A (zh) * | 2017-07-25 | 2017-09-29 | 江苏大学 | 一种热变形腔体驱动爬行软体机器人 |
| CN107984470A (zh) * | 2018-01-12 | 2018-05-04 | 孟金来 | 柔性电磁驱动装置 |
| CN108214466A (zh) * | 2018-02-26 | 2018-06-29 | 孟金来 | 机器毛虫 |
| CN108608420B (zh) * | 2018-03-20 | 2021-06-11 | 南京理工大学 | 一种具有环纵肌结构的气动软体机器人 |
| CN108608420A (zh) * | 2018-03-20 | 2018-10-02 | 南京理工大学 | 一种具有环纵肌结构的气动软体机器人 |
| CN108523831A (zh) * | 2018-04-18 | 2018-09-14 | 佛山伊贝尔科技有限公司 | 一种复合材料制造的软体机器人 |
| CN108622222A (zh) * | 2018-05-11 | 2018-10-09 | 清华大学 | 一种软体爬行机器人 |
| CN108891496A (zh) * | 2018-06-19 | 2018-11-27 | 哈尔滨工程大学 | 一种气动仿蚯蚓软体机器人 |
| CN108891496B (zh) * | 2018-06-19 | 2021-03-30 | 哈尔滨工程大学 | 一种气动仿蚯蚓软体机器人 |
| CN109531540A (zh) * | 2018-11-06 | 2019-03-29 | 广州大学 | 基于单片机控制的电磁式软体运动机器人及其控制方法 |
| CN109531540B (zh) * | 2018-11-06 | 2021-12-14 | 广州大学 | 基于单片机控制的电磁式软体运动机器人及其控制方法 |
| CN112692820A (zh) * | 2020-11-18 | 2021-04-23 | 杭州电子科技大学 | 一种自激励式软体机器人及其驱动方法 |
| CN112692820B (zh) * | 2020-11-18 | 2022-03-01 | 杭州电子科技大学 | 一种自激励式软体机器人及其驱动方法 |
| CN113911223A (zh) * | 2021-10-20 | 2022-01-11 | 上海应用技术大学 | 软体机器人及软体机器人的控制方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102922528B (zh) | 2014-11-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102922528B (zh) | 一种软体机器人 | |
| CN202910862U (zh) | 一种软体机器人 | |
| Li et al. | Bio‐inspired design and additive manufacturing of soft materials, machines, robots, and haptic interfaces | |
| Chen et al. | Soft crawling robots: design, actuation, and locomotion | |
| Kim et al. | Soft robotics: a bioinspired evolution in robotics | |
| CN107380290B (zh) | 一种电磁驱动的软体爬行机器人 | |
| Gu et al. | A survey on dielectric elastomer actuators for soft robots | |
| CN105500380B (zh) | 串并融合伪足软体机器人 | |
| Umedachi et al. | Softworms: the design and control of non-pneumatic, 3D-printed, deformable robots | |
| Tolley et al. | A resilient, untethered soft robot | |
| CN106695771A (zh) | 一种基于rsr构型并联机构的模块化仿生蛇形机器人 | |
| CN108891496B (zh) | 一种气动仿蚯蚓软体机器人 | |
| CN107214687B (zh) | 一种热变形腔体驱动爬行软体机器人 | |
| Gong et al. | Rotary actuators based on pneumatically driven elastomeric structures | |
| Ueno et al. | Micro inchworm robot using electro-conjugate fluid | |
| CN101249027B (zh) | 基于柔性并联驱动的仿生人眼结构 | |
| CN108542718B (zh) | 一种基于负压旋转气动人工肌肉的可穿戴柔性下肢外骨骼 | |
| CN203786478U (zh) | 屏幕可伸缩的智能手表 | |
| Nguyen et al. | Printable monolithic hexapod robot driven by soft actuator | |
| CN103895030A (zh) | 一种双气动人工肌肉驱动的单自由度关节机构 | |
| CN110450134B (zh) | 绳控转向仿蠕虫爬行机器人装置 | |
| Wang et al. | Dielectric elastomer actuators for artificial muscles: A comprehensive review of soft robot explorations | |
| Bogue | Artificial muscles and soft gripping: a review of technologies and applications | |
| Donatelli et al. | Soft foam robot with caterpillar-inspired gait regimes for terrestrial locomotion | |
| Fei et al. | Analysis on nonlinear turning motion of multi-spherical soft robots |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |