CN107696022A - 多向蠕动软体机器人 - Google Patents

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Abstract

一种多向蠕动软体机器人，包括：弹性环、圆盘卡头和若干梳齿静电吸附盘，其中：梳齿静电吸附盘均匀环布于弹性环环外且与弹性环相连，圆盘卡头设置于弹性环环内中心处，圆盘卡头与弹性环之间连有若干均匀分布的形状记忆合金丝，本发明采用吸附能力强的静电吸附方式，提高吸附稳定性，增强对壁面的适应能力，实现爬壁功能，降低了结构的高度方向尺寸，实现微型化、超薄化，同时提高其过缝隙能力，采用形状记忆合金丝并联驱动，控制简单，实现在二维平面内的任意移动，机器人整体结构的柔软，使其对压力有很小的阻抗，可以通过柔顺变形的方式与障碍物相容。

Description

多向蠕动软体机器人
技术领域
本发明涉及的是一种机器人领域的技术，具体是一种多向蠕动软体机器人。
背景技术
随着科技的进步与革新，人力劳动已经逐渐被机械所取代，机电一体化，机械智能化等技术应运而生并已经成为时代的主旋律。机器人的出现是人类在利用机械进行社会生产史上的一个里程碑，进一步增强了对机械的利用效率。微型机器人是现代机器人技术发展的重要方向，由于其结构尺寸微小、器件精密，可进行微细定位和微细操作，微型机器人可以应用在其他机器人无法应用的场合，并能够进入人类和宏观机器人所不及的狭小空间内作业。
传统机器人多由基于如金属、塑料等硬质材料的刚性运动副连接构成，能够完成快速、精确、可重复位置或力控制任务。但这种机器人运动灵活性有限，环境适应能力很低，只能在结构化环境下工作.这些缺点限制了刚性机器人在动态、未知、非结构化的复杂环境领域的应用，如军事侦察、灾难救援以及科学探测等。软体机器人作为一种新型连续体仿生机器人，由可承受大应变的软体材料组成，具有无限自由度和分布式连续变形能力。通过模拟生物的形态结构，能够爬行、扭动、蠕动穿过狭小的空间和实现抓取等操作。
平面机器人必须具备吸附和移动两个基本功能，而最常见吸附方式有负压吸附和永磁吸附两种。而这两种吸附只能针对一些特殊墙面，适用范围窄，并且工作时伴随着高功耗、高噪声，其结构庞大往往难以轻量化、微型化。
发明内容
本发明针对现有技术由于结构设计特点导致其蠕动过程中重心不断变化，容易侧翻导致无法正常工作的缺陷，提出一种多向蠕动软体机器人，其采用吸附能力强的静电吸附方式，提高吸附稳定性，增强对壁面的适应能力，实现爬壁功能，降低了结构的高度方向尺寸，实现微型化、超薄化，同时提高其过缝隙能力，采用形状记忆合金丝并联驱动，控制简单，实现在二维平面内的任意移动，机器人整体结构的柔软，使其对压力有很小的阻抗，可以通过柔顺变形的方式与障碍物相容。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明包括：弹性环、圆盘卡头和若干梳齿静电吸附盘，其中：梳齿静电吸附盘均匀环布于弹性环环外且与弹性环相连，圆盘卡头设置于弹性环环内中心处，圆盘卡头与弹性环之间连有若干均匀分布的形状记忆合金丝。
所述的梳齿静电吸附盘包括：梳齿形正极电极片、梳齿形负极电极片和圆形静电吸附膜，其中：正极电极片和负极电极片相对设置且贴设于静电吸附膜一侧。
所述的形状记忆合金丝通电时产生收缩，断电后伸长恢复。
所述的弹性环环外设有六个梳齿静电吸附盘，圆盘卡头与弹性环之间设有六条形状记忆合金丝，梳齿静电吸附盘与形状记忆合金丝一一对应。
所述的梳齿静电吸附盘中心处设有柔性接头，柔性接头与弹性环相连。
本发明一种基于上述任一权利要求所述机器人的移动控制方法，首先对任一起始端正极电极片和负极电极片施加电压，通过静电吸附膜产生吸附力，与平面吸附固定；对起始端及其相对圆心的对称端的形状记忆合金丝同时通电，在电流热效应下，温度升高从而导致形状记忆合金丝产生收缩，驱使弹性环发生压缩变形，拉动整个装置向起始端变形移动；然后对对称端的正极电极片和负极电极片施加电压，通过静电吸附膜产生吸附力，与平面吸附固定，同时中断起始端和对称端的形状记忆合金丝电压；最后，中断起始端正极电极片和负极电极片的电压，使得起始端和对称端的形状记忆合金丝伸长恢复，推动整个装置继续沿起始端方向移动。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为梳齿静电吸附盘结构示意图；
图3为蠕动过程示意图；
图中：1形状记忆合金丝、2圆盘卡头、3梳齿静电吸附盘、4柔性接头、5弹性环、6正极电极片、7静电吸附膜、8负极电极片。
具体实施方式
如图1所示，本实施例包括：弹性环5、圆盘卡头2和若干梳齿静电吸附盘3，其中：梳齿静电吸附盘3均匀环布于弹性环5环外且与弹性环5相连，圆盘卡头2设置于弹性环5环内中心处，圆盘卡头2与弹性环5之间连有若干均匀分布的形状记忆合金丝1。
所述的弹性环5环外设有六个梳齿静电吸附盘3，圆盘卡头2与弹性环5之间设有六条形状记忆合金丝1，梳齿静电吸附盘3与形状记忆合金丝1一一对应。形状记忆合金丝1分别位于OA、OB、OC、OD、OE和OF六个方向上，对应的六个梳齿静电吸附盘3也位于这六个方向上。形状记忆合金丝1通电时产生收缩，断电后伸长恢复。
如图2所示，所述的梳齿静电吸附盘3包括：梳齿形正极电极片6、梳齿形负极电极片8和圆形静电吸附膜7，其中：正极电极片6和负极电极片8相对设置且贴设于静电吸附膜7一侧。梳齿静电吸附盘3中心处设有柔性接头4，柔性接头4与弹性环5相连。
在水平平面使用，正极电极片6和负极电极片8通电，静电吸附膜7产生的吸力能够克服其他结构与水平平面间的摩擦力；如在竖直平面使用，正极电极片6和负极电极片8通电，静电吸附膜7产生的吸力能够克服整体结构的重力。
如图3所示，整个装置沿着OA方向前进蠕动过程为：首先，对A处的正极电极片6和负极电极片8施加电压，A处静电吸附膜7产生吸附力，与平面吸附固定。对OA段和OB段形状记忆合金丝1同时通电，在电流热效应下，温度升高从而导致形状记忆合金丝1产生收缩，驱使弹性环5发生压缩变形，拉动整个装置向A处变形移动。而后，对B处正极电极片6和负极电极片8施加电压，B处静电吸附膜7产生吸附力，与平面吸附固定。同时中断OA段和OB段的形状记忆合金丝1电压。最后，中断A处正极电极片6和负极电极片8的电压，OA段和OB段的形状记忆合金丝1伸长恢复，推动整个装置继续沿OA方向移动。不断重复上述过程，即可实现装置沿OA方向的连续蠕动。同理，整个装置可实现任意方向的移动。
与现有技术相比，本发明采用吸附能力较强的静电吸附方式，提高吸附稳定性，增强对壁面的适应能力，实现爬壁功能，降低了结构的高度方向尺寸，实现微型化、超薄化，同时提高其过缝隙能力，采用形状记忆合金丝并联驱动，控制简单，实现在二维平面内的任意移动，机器人整体结构的柔软，使其对压力有很小的阻抗，可以通过柔顺变形的方式与障碍物相容。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (5)

1.一种多向蠕动软体机器人，其特征在于，包括：弹性环、圆盘卡头和若干梳齿静电吸附盘，其中：梳齿静电吸附盘均匀环布于弹性环环外且与弹性环相连，圆盘卡头设置于弹性环环内中心处，圆盘卡头与弹性环之间连有若干均匀分布的形状记忆合金丝；
所述的梳齿静电吸附盘包括：梳齿形正极电极片、梳齿形负极电极片和圆形静电吸附膜，其中：正极电极片和负极电极片相对设置且贴设于静电吸附膜一侧。
2.根据权利要求1所述的多向蠕动软体机器人，其特征是，所述的形状记忆合金丝通电时产生收缩，断电后伸长恢复。
3.根据权利要求1或2所述的多向蠕动软体机器人，其特征是，所述的弹性环环外设有六个梳齿静电吸附盘，圆盘卡头与弹性环之间设有六条形状记忆合金丝，梳齿静电吸附盘与形状记忆合金丝一一对应。
4.根据权利要求3所述的多向蠕动软体机器人，其特征是，所述的梳齿静电吸附盘中心处设有柔性接头，柔性接头与弹性环相连。
5.一种基于上述任一权利要求所述机器人的移动控制方法，其特征在于，首先对任一起始端正极电极片和负极电极片施加电压，通过静电吸附膜产生吸附力，与平面吸附固定；对起始端及其相对圆心的对称端的形状记忆合金丝同时通电，在电流热效应下，温度升高从而导致形状记忆合金丝产生收缩，驱使弹性环发生压缩变形，拉动整个装置向起始端变形移动；然后对对称端的正极电极片和负极电极片施加电压，通过静电吸附膜产生吸附力，与平面吸附固定，同时中断起始端和对称端的形状记忆合金丝电压；最后，中断起始端正极电极片和负极电极片的电压，使得起始端和对称端的形状记忆合金丝伸长恢复，推动整个装置继续沿起始端方向移动。
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