CN103386686B - 一种球型可变形软体机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种球型可变形软体机器人，其特征在于：包括球型壳体，所述球型壳体包括相互拼接的多个六边形球面拼接件和多个五边形球面拼接件，每个所述五边形球面拼接件与五个六边形球面拼接件形成五个拼接边，所述五边形球面拼接件与六边形球面拼接件的内侧跨接有驱动管，所述六边形球面拼接件和五边形球面拼接件均包括软质外壁和设于软质外壁内的不可压缩流体。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。<pb pnum="1" />
Description
技术领域
本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种球型可变形软体机器人。
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：一种球型可变形软体机器人，包括球型壳体，所述球型壳体包括相互拼接的多个六边形球面拼接件和多个五边形球面拼接件，每个所述五边形球面拼接件与五个六边形球面拼接件形成五个拼接边，所述五边形球面拼接件与六边形球面拼接件的内侧跨接有驱动管，所述六边形球面拼接件和五边形球面拼接件均包括软质外壁和设于软质外壁内的不可压缩流体。
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。
所述驱动管垂直于拼接边。
所述驱动管与拼接边的中点重合。
所述驱动管两端分别延伸至五边形球面拼接件和六边形球面拼接件的球面中心处。
所述球型壳体外表面设有一体成型的弹性壳体。
所述弹性壳体外侧壁上设有负载装置。
（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）本发明利用多单元驱动管在电磁场作用下的有序地进行“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）可轻松实现快速行进以及灵活转弯、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为本发明的球型可变形软体机器人的半剖结构示意图。
图2为本发明的球型可变形软体机器人的球型壳体的半剖结构示意图。
图3为本发明的球型可变性软体机器人的五边形球面拼接件与六边形球面拼接件的连接结构示意图。
图4为本发明的球型可变形软体机器人的流体细胞的结构示意图。
图5为本发明的球型可变形软体机器人的驱动管的结构示意图。
图6为本发明的球型可变形软体机器人的某一截面的运动状态示意图一。
图7为本发明的球型可变形软体机器人的某一截面的运动状态示意图二。
图8为本发明的球型可变形软体机器人的驱动单元的运动状态示意图三。
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8所示的，一种球型可变形软体机器人，包括球型壳体，所述球型壳体包括相互拼接的多个六边形球面拼接件1和多个五边形球面拼接件2，每个所述五边形球面拼接件2与五个六边形球面拼接件1形成五个拼接边3，所述五边形球面拼接件2与六边形球面拼接件1的内侧跨接有驱动管4，所述六边形球面拼接件1和五边形球面拼接件2均包括软质外壁5和设于软质外壁内的不可压缩流体6。所述驱动管4内设有磁流变液7、用于促使磁流变液7发生“固-液形态转换”的微电磁装置8以及用于收发指令信息及控制微电磁装置工作的控制器9。
所述驱动管4垂直于拼接边3。所述驱动管4与拼接边3的中点重合。所述驱动管4两端分别延伸至五边形球面拼接件2和六边形球面拼接件1的球面中心处。所述球型壳体外表面设有一体成型的弹性壳体10。所述弹性壳体10外侧壁上设有负载装置（图中未示出）。
本发明的球型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6至图8所示的，五边形球面拼接件和六边形球面拼接件就如同流体细胞，以下称作流体细胞，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6至图8所示的，为其中一个截面的示意图，在该发明的实际运动中，可通过预先存储好各种运动模式的电脑编程，例如通过驱动管之间的相互配合达到直行、转弯、越障、快速行进等效果。
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。
采用球型的模型来制作本发明，使得机器人更加灵活多变，即可呈扁平状匍匐前进，也可呈球状来减少接触面积，达到快速前进的目的。
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 (7)
1.一种球型可变形软体机器人，其特征在于：包括球型壳体，所述球型壳体包括相互拼接的多个六边形球面拼接件和多个五边形球面拼接件，每个所述五边形球面拼接件与五个六边形球面拼接件形成五个拼接边，所述五边形球面拼接件与六边形球面拼接件的内侧跨接有驱动管，所述六边形球面拼接件和五边形球面拼接件均包括软质外壁和设于软质外壁内的不可压缩流体。
2.根据权利要求1所述的球型可变形软体机器人，其特征在于：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。
3.根据权利要求2所述的球型可变形软体机器人，其特征在于：所述驱动管垂直于拼接边。
4.根据权利要求3所述的球型可变形软体机器人，其特征在于：所述驱动管与拼接边的中点重合。
5.根据权利要求4所述的球型可变形软体机器人，其特征在于：所述驱动管两端分别延伸至五边形球面拼接件和六边形球面拼接件的球面中心处。
6.根据权利要求5所述的球型可变形软体机器人，其特征在于：所述球型壳体外表面设有一体成型的弹性壳体。
7.根据权利要求6所述的球型可变形软体机器人，其特征在于：所述弹性壳体外侧壁上设有负载装置。
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