CN103317505B - 一种可变形软体机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可变形软体机器人，包括两个驱动单元以及连接两个驱动单元的转轴，所述驱动单元包括弹性壳体以及设于弹性壳体内的骨架，所述骨架包括若干流体细胞以及对等数量的驱动管，所述流体细胞头尾相连围成圈状，所述流体细胞包括细胞壁以及设于细胞壁内的不可压缩流体，所述驱动管设于流体细胞内侧，所述驱动管跨接于相邻的两个流体细胞上，所述驱动管内设有磁流变液、用于促使磁流变液发生“固-液形态转换”的微电磁装置以及用于收发指令信息及控制微电磁装置工作的控制器。本发明能够连续变形，方便在非结构化场合应用，且行进和转向灵活。
Description
技术领域
本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种可变形软体机器人。
背景技术
随着科学技术的不断发展，机器人已广泛应用于社会的各个领域，如工业、医疗、农业、军事和救灾等。传统的机器人驱动方式，如轮式、腿式以及摆动游走等刚性驱动机构，在某些应用场合下显示出特有的优点，但在管道检修、医疗诊治、废墟搜救以及军事侦察等非结构化环境应用场合下，由于作业环境狭窄、多变并且存在各种未知障碍，因此机器人的自主移动和越障实现相对困难，可能无法到达作业地点。从自然界无脊椎动物（如海参、乌贼等）能将刚性和柔性机能进行完美融合获得启发，设计基于无脊椎动物特性的软体机器人成为有望突破仿生机器人研究瓶颈的新方法。软体机器人主要由弹性基础材料构成，依靠空间上的连续变形进行运动，理论上具有无限多运动自由度，其末端执行器能到达三维作业空间任意位置点，由于内部不含刚性结构，因此在穿越障碍物时，能最大限度地降低冲击载荷和屈服抗力，减少本体损伤。软体机器人能够通过自身形状变化来适应狭窄、多变的作业环境，这使得它们成为在管道检测、人体医疗诊治、废墟搜救等非结构化应用场合中的理想选择。
发明内容
（一）要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是提供一种能够连续变形，方便在非结构化场合应用，且行进和转向灵活的可变性软体机器人。
（二）技术方案
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种可变形软体机器人，包括两个驱动单元以及连接两个驱动单元的转轴，所述驱动单元包括弹性壳体以及设于弹性壳体内的骨架，所述骨架包括若干流体细胞以及对等数量的驱动管，所述流体细胞头尾相连围成圈状，所述流体细胞包括细胞壁以及设于细胞壁内的不可压缩流体，所述驱动管设于流体细胞内侧，所述驱动管跨接于相邻的两个流体细胞上，所述驱动管内设有磁流变液、用于促使磁流变液发生“固-液形态转换”的微电磁装置以及用于收发指令信息及控制微电磁装置工作的控制器。
其中，所述弹性壳体侧壁上设有负载装置。
其中，所述流体细胞呈扁平状，包括隆起的中部以及细薄的两个连接端。
（三）有益效果
本发明相比较于现有技术，具有如下有益效果：
（1）本发明根据无脊椎动物运动的机理特性，利用多单元智能驱动材料在电磁场作用下的有序“固-液态形态转换”，来模拟骨骼产生变体运动的机理，实现驱动机器人自主移动和柔性越障的目的。本发明依靠弹性材料空间上的连续变形进行运动，因此能到达三维作业空间任意位置点。
（2）本发明采用磁致流变体的非接触式驱动方式实现机器人的驱动，无需专门的驱动装置，有利于减小机器人本体的外形设计尺寸，尽可能小巧灵活。
（3）本发明采用独立的两个驱动单元并用转轴连接，可轻松实现快速平稳行进以及灵活转弯、越障等动作，动作执行效率高，驱动更加直接有效，具有高运动精度的特性。
附图说明
图1为本发明的可变形软体机器人的驱动单元的结构示意图。
图2为本发明的可变形软体机器人的整体结构示意图。
图3为本发明的可变形软体机器人的流体细胞的结构示意图。
图4为本发明的可变形软体机器人的驱动管的结构示意图。
图5为本发明的可变形软体机器人的驱动单元的运动状态图一。
图6为本发明的可变形软体机器人的驱动单元的运动状态图二。
图7为本发明的可变形软体机器人的驱动单元的运动状态图三。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步的详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1至图7所示的，一种可变形软体机器人，包括两个驱动单元1以及连接两个驱动单元1的转轴2，所述驱动单元1包括弹性壳体3以及设于弹性壳体3内的骨架，所述骨架包括若干流体细胞4以及对等数量的驱动管5，所述流体细胞4头尾相连围成圈状，所述流体细胞4包括细胞壁401以及设于细胞壁401内的不可压缩流体402，所述驱动管5设于流体细胞4内侧，所述驱动管5跨接于相邻的两个流体细胞4上，所述驱动管5内设有磁流变液501、用于促使磁流变液501发生“固-液形态转换”的微电磁装置502以及用于收发指令信息及控制微电磁装置工作的控制器503。所述弹性壳体3侧壁上设有负载装置（图中未示出），由于在侧壁上设置，不干涉机器人的运动，使得机器人能更好地执行任务。所述流体细胞4呈扁平状，包括隆起的中部以及细薄的两个连接端。
本发明的可变形软体机器人的驱动管腔体内填充了磁流变液，在微电磁装置产生的电磁场作用下，磁流变液中的磁性颗粒被磁化，将延至磁力线的方向排成链状结构，其材料的屈服强度随着电磁场强度的增加而增加，当撤出磁场后，材料又能立刻恢复原状，其响应时间只有几毫秒。
驱动管内部的微电磁装置和驱动管控制器，在接收到上位机的无线控制信号后，微电磁装置产生电磁场，使得填充在驱动管腔体内的磁流变液发生“固—液形状转换”，由于磁流变液体积的膨胀和收缩，促使驱动管发生形变，当驱动管依次发生形变时，本发明机器人将发生移动，达到驱动目的。
如图5至图7所示的，本发明的运动规则如下：首先在微电磁装置产生的受控电磁场作用下，中部的驱动管首先发生“固—液形状转换”，开始软化，使得其跨接的两个流体细胞可以自由旋转；接着，两端的驱动管在受控电磁场作用下发生“液—固形状转换”，开始硬化，使得其跨接的两个流体细胞向前移动。随着这些动作的发生，整个机器人就可以向前运动一个流体细胞的长度。
如图5至图7所示的，所述流体细胞和驱动管分别为6个，当然为了获得更好的进行平稳性和更加平顺的运动轨迹，流体细胞和驱动管个数可相应增加，变成8、10、12或者更多。
本发明可应用于地震搜救、管道检查、医疗诊断以及军事侦察等狭窄的非结构化的作业环境，可以连续形变，能够在崎岖地面爬行越障，能够穿过比自身高度小的狭窄的结构。
当然，以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。除上述实施例外，本发明还可以有其它实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明所要求保护的范围之内。
Claims (3)
1.一种可变形软体机器人，包括驱动单元，所述驱动单元包括弹性壳体以及设于弹性壳体内的骨架，所述骨架包括若干流体细胞以及对等数量的驱动管，所述流体细胞头尾相连围成圈状，所述流体细胞包括细胞壁，所述驱动管内设有磁流变液、用于促使磁流变液发生“固-液形态转换”的微电磁装置以及用于收发指令信息及控制微电磁装置工作的控制器，其特征在于：所述可变形软体机器人包括两个驱动单元以及连接两个驱动单元的转轴，所述流体细胞还包括设于细胞壁内的不可压缩流体，所述驱动管跨接于相邻的两个流体细胞上，所述驱动管设于流体细胞内侧。
2.根据权利要求1所述的可变形软体机器人，其特征在于：所述弹性壳体侧壁上设有负载装置。
3.根据权利要求1所述的可变形软体机器人，其特征在于：所述流体细胞呈扁平状，包括隆起的中部以及细薄的两个连接端。
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