CN108500968A - 磁流变液软体机器人的控制方法 - Google Patents

磁流变液软体机器人的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种磁流变液软体机器人的控制方法，其中，磁流变液软体机器人包括可形变壳体和设置在可形变壳体之内的磁流变液，该控制方法包括：设定向软体机器人的多个部位施加磁场的施加次序，其中，每次施加磁场的部位的个数大于等于1且小于可施加磁场的部位的总个数；根据设定的施加次序向软体机器人施加磁场，以使软体机器人的多个部位按照相应次序沿所施加的磁场的方向形变以形成凸起，实现软体机器人的运动。根据本发明的方法，能够实现软体机器人的运动，并且软体机器人运动的稳定性和可控性较高。

Description

磁流变液软体机器人的控制方法
技术领域
本发明涉及软体机器人控制技术领域，特别涉及一种磁流变液软体机器人的控制方法。
背景技术
在机器人迅速发展的今天，各类先进的机器人层出不穷，但由于其大都有刚性结构组成，在很多特殊的工作场景无法运动自如，尤其在微型化机器人领域，刚性结构的机器人运动受限。因此亟需实现软体机器人的微型化和提高软体机器人的灵活可控性。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决目前的机器人及软体机器人运动的稳定性、可控性差的技术问题。为此，本发明的目的在于提出一种磁流变液软体机器人的控制方法，能够实现软体机器人的运动，并且软体机器人运动的稳定性和可控性较高。
为达到上述目的，本发明提出了一种磁流变液软体机器人的控制方法，其中，所述磁流变液软体机器人包括可形变壳体和设置在所述可形变壳体之内的磁流变液，所述控制方法包括：设定向所述软体机器人的多个部位施加磁场的施加次序，其中，每次施加磁场的部位的个数大于等于1且小于可施加磁场的部位的总个数；根据设定的所述施加次序向所述软体机器人施加磁场，以使所述软体机器人的多个部位按照相应次序沿所施加的磁场的方向形变以形成凸起，实现所述软体机器人的运动。
根据本发明实施例的磁流变液软体机器人的控制方法，通过设定向软体机器人的多个部位施加磁场的施加次序，并根据设定的施加次序向软体机器人施加磁场，以使软体机器人的多个部位按照相应次序沿所施加的磁场的方向形变以形成凸起，由此，能够实现软体机器人的运动，并且软体机器人运动的稳定性和可控性较高。
另外，根据本发明上述实施例提出的磁流变液软体机器人的控制方法还可以具有如下附加的技术特征：
其中，对应所述软体机器人设置有至少一个磁场发生装置，每个所述磁场发生装置用以产生多个不同区域的磁场，所述多个不同区域与所述软体机器人的多个部位一一对应，其中，通过设定所述多个不同区域的磁场的产生次序以设定所述施加次序。
其中，所述软体机器人的运动过程包括多个控制周期，在每个所述控制周期内均根据设定的所述施加次序向所述软体机器人施加磁场。
进一步地，在一个所述控制周期内，所述软体机器人的每个部位仅施加一次磁场。
进一步地，每个所述磁场发生装置包括多个磁场发生单元，每个所述磁场发生单元用以对应产生预设宽度的磁场。
进一步地，每个所述磁场发生装置所产生的多个磁场的方向相同。
进一步地，所述的磁流变液软体机器人的控制方法，还包括：设定在同一时间内向所述软体机器人的多个部位施加磁场的磁场强度，其中，至少两个部位的磁场强度不同；根据设定的磁场强度向所述软体机器人施加磁场，以使所述软体机器人的多个部位根据对应的磁场强度沿所施加的磁场的方向形变以形成不同程度的凸起，使所述软体机器人呈现预设的形状。
根据本发明的一个实施例，当所述磁场发生装置为多个时，每个所述磁场发生装置所产生的磁场的方向不同。
进一步地，当所述磁场发生装置为多个时，所述控制方法还包括：设定在同一时间内每个磁场发生装置所产生的磁场的区域；根据设定的区域对每个磁场发生装置进行控制，以按照所述设定的区域向所述软体机器人的对应部位施加磁场，使所述软体机器人的对应部位沿所施加的磁场的方向形变以形成凸起，使所述软体机器人呈现预设的形状。
根据本发明的一个实施例，所述软体机器人在未被施加磁场时呈扁平状。
附图说明
图1为根据本发明一个实施例的软体机器人的结构示意图；
图2为根据本发明一个实施例的软体机器人控制系统的结构示意图；
图3为根据本发明实施例的磁流变液软体机器人的控制方法的流程图；
图4为根据本发明一个实施例的软体机器人的运动过程示意图；
图5为根据本发明另一个实施例的软体机器人的运动过程示意图；
图6为根据本发明一个实施例的软体机器人的形变过程示意图；
图7为根据本发明另一个实施例的软体机器人的形变过程示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面结合附图来描述本发明实施例的磁流变液软体机器人的控制方法。
如图1所示，本发明实施例的磁流变液软体机器人10包括可形变壳体11和设置在可形变壳体之内的磁流变液12，其中，可形变壳体11可由柔性材料构成。换言之，本发明实施例的软体机器人由柔性壳体和壳体内部包裹的磁流变液组成。该软体机器人在未被施加磁场时的形状由磁流变液的质量、状态及壳体的软硬程度等因素确定。在本发明的一个实施例中，该软体机器人在未被施加磁场时可呈扁平状。
如图2所示，对应软体机器人10设置有至少一个磁场发生装置20(图2中示出一个磁场发生装置)，每个磁场发生装置用以产生多个不同区域的磁场(图中示出a、b、c三个区域)，多个不同区域与软体机器人的多个部位一一对应(图中示出a、b、c三个区域分别对应部位A、B、C)。进一步地，如图2所示，每个磁场发生装置20可包括多个磁场发生单元21，每个磁场发生单元21用以对应产生预设宽度的磁场。多个磁场发生单元21所产生的磁场的宽度可以相同，也可以不同。
另外需要说明的是，本发明实施例的磁场发生装置所产生的多个不同区域的磁场，用以施加到由磁流变液作为一个整体而构成的软体机器人的多个部位，可施加磁场的部位可涵盖软体机器人的所有包括磁流变液的组成部分。
图3为根据本发明实施例的磁流变液软体机器人的控制方法的流程图。
如图3所示，本发明实施例的磁流变液软体机器人的控制方法，包括以下步骤：
S1，设定向软体机器人的多个部位施加磁场的施加次序，其中，每次施加磁场的部位的个数大于等于1且小于可施加磁场的部位的总个数。
具体地，可通过设定多个不同区域的磁场的产生次序以设定施加次序，例如在连续的多个时间段内，每个时间段控制至少一个磁场发生单元工作。其中，同一个磁场发生单元在多个时间段可仅工作一次，也可工作多次，在连续的多个时间段后，所有的磁场发生单元均至少工作一次。
也就是说，可确定在连续的多个时间段内，每个时间段所施加磁场的部位，每个时间段内至少有一个部位被施加磁场，且每个时间段内被施加磁场的部位的个数小于软体机器人部位的总个数。
其中，连续的多个时间段的时长可以相同，也可以不同。所述的连续指相邻两个时间段之间无间隔时间，或者间隔时间极小，小于预设的时间限值，例如小于1毫秒。
S2，根据设定的施加次序向软体机器人施加磁场，以使软体机器人的多个部位按照相应次序沿所施加的磁场的方向形变以形成凸起，实现软体机器人的运动。
当软体机器人的任一部位被施加磁场时，该部位可沿所施加的磁场的方向形变，并形成凸起，类似阿米巴虫运动时向运动方向生长出伪足。
通过根据上述施加次序向软体机器人施加磁场，能够使软体机器人的多个部位按照被施加磁场的顺序依次发生形变，在软体机器人的所有部位均发生形变后，即实现了软体机器人的运动。这种仿照阿米巴虫生长伪足式的运动，还能够提高软体机器人运动速度的可靠性，有效防止其运动速度的突变。
举例而言，如图4所示，磁场的产生次序为先产生区域b的磁场(在时间t1)，再同时产生区域a、c的磁场(在t1之后的时间t2)，则软体机器人与区域b对应的部位先形成凸起，然后软体机器人与区域a、c对应的部位形成凸起，使得软体机器人沿图示方向运动。需要说明的是，图4示出的软体机器人仅作为一种模型示例，不能代表限定本发明实施例的软体机器人的形状特征。
如图5所示，对于扁平状软体机器人，其俯视图呈圆形，通过依次施加中间部位、两个部位对应的磁场，使得软体机器人沿图示方向运动。
另外，当软体机器人被施加磁场时，被施加磁场的部分的磁流变液粘度变大，成为非牛顿流体，在磁场到达一定强度后，甚至会变为固体。这类似于阿米巴虫运动过程中的溶胶-凝胶转变，能够进一步提高运动的稳定性。
在本发明的一个实施例中，软体机器人的运动过程可包括多个控制周期，在每个控制周期内均根据设定的施加次序向软体机器人施加磁场，由此，能够实现软体机器人连续的规则运动。例如，在图5的示例中，若周期性地施加中间部位、两个部位对应的磁场，则软体机器人可持续沿图示方向运动。
在本发明的一个实施例中，在一个控制周期内，软体机器人的每个部位仅施加一次磁场，这样在控制周期一定的情况下，能够提高软体机器人的运动速度。
在本发明的一个实施例中，每个磁场发生装置所产生的多个磁场的方向相同，从而能够进一步提高软体机器人运动的规则性和可控性。
当磁场发生装置为多个时，每个磁场发生装置所产生的磁场的方向不同。多个磁场发生装置所产生的磁场的方向可处于同一平面，也可处于不同平面，即多个磁场发生装置可分布同一平面上，也可分布在软体机器人周围的不同平面上。由此，通过设置多个磁场发生装置，能够实现软体机器人多个方向的运动，从而便于控制软体机器人运动到任意位置，进一步提高其可控性。
根据本发明实施例的磁流变液软体机器人的控制方法，通过设定向软体机器人的多个部位施加磁场的施加次序，并根据设定的施加次序向软体机器人施加磁场，以使软体机器人的多个部位按照相应次序沿所施加的磁场的方向形变以形成凸起，由此，能够实现软体机器人的运动，并且软体机器人运动的稳定性和可控性较高。
此外，在本发明的一个实施例中，还可设定在同一时间内向软体机器人的多个部位施加磁场的磁场强度，其中，至少两个部位的磁场强度不同。然后根据设定的磁场强度向软体机器人施加磁场，以使软体机器人的多个部位根据对应的磁场强度沿所施加的磁场的方向形变以形成不同程度的凸起，使软体机器人呈现预设的形状。
举例而言，如图6所示，区域a-c的磁场强度依次减小，其中，区域c的磁场强度可为0，则区域a-c对应的软体机器人的部位的凸起程度依次减小，可使得软体机器人呈现图示形状。
在本发明的一个实施例中，当磁场发生装置为多个时，还可设定在同一时间内每个磁场发生装置所产生的磁场的区域，并根据设定的区域对每个磁场发生装置进行控制，以按照设定的区域向软体机器人的对应部位施加磁场，使软体机器人的对应部位沿所施加的磁场的方向形变以形成凸起，使软体机器人呈现预设的形状。也就是说，可同时向软体机器人施加不同方向的磁场，以使软体机器人呈现预设的形状。应当理解，磁场发生装置的个数越多，软体机器人可呈现的形状越多。
举例而言，如图7所示，左侧的磁场发生装置所产生的磁场的区域为b，下侧的磁场发生装置所产生的磁场的区域为b’，则可使得软体机器人呈现图示形状。
通过控制软体机器人呈现不同的形状，能够使软体机器人在运动时适应更多更复杂的环境。例如，当软体机器人运动过程中遇到狭小且不规则的孔隙时，通过改变软体机器人的形状使其与该孔隙相匹配，从而能够顺利通过该孔隙，继续其运动过程。
并且，控制软体机器人呈现不同形状，还可使软体机器人用于密封。例如通过呈现与密封口相匹配的形状，可用以密封管道裂纹、形状不规则的开口，甚至是人体内血管或者肠道的破裂处。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种磁流变液软体机器人的控制方法，其特征在于，所述磁流变液软体机器人包括可形变壳体和设置在所述可形变壳体之内的磁流变液，所述控制方法包括：
设定向所述软体机器人的多个部位施加磁场的施加次序，其中，每次施加磁场的部位的个数大于等于1且小于可施加磁场的部位的总个数；
根据设定的所述施加次序向所述软体机器人施加磁场，以使所述软体机器人的多个部位按照相应次序沿所施加的磁场的方向形变以形成凸起，实现所述软体机器人的运动。
2.根据权利要求1所述的磁流变液软体机器人的控制方法，其特征在于，其中，对应所述软体机器人设置有至少一个磁场发生装置，每个所述磁场发生装置用以产生多个不同区域的磁场，所述多个不同区域与所述软体机器人的多个部位一一对应，其中，
通过设定所述多个不同区域的磁场的产生次序以设定所述施加次序。
3.根据权利要求2所述的磁流变液软体机器人的控制方法，其特征在于，其中，所述软体机器人的运动过程包括多个控制周期，在每个所述控制周期内均根据设定的所述施加次序向所述软体机器人施加磁场。
4.根据权利要求3所述的磁流变液软体机器人的控制方法，其特征在于，在一个所述控制周期内，所述软体机器人的每个部位仅施加一次磁场。
5.根据权利要求2所述的磁流变液软体机器人的控制方法，其特征在于，每个所述磁场发生装置包括多个磁场发生单元，每个所述磁场发生单元用以对应产生预设宽度的磁场。
6.根据权利要求5所述的磁流变液软体机器人的控制方法，其特征在于，每个所述磁场发生装置所产生的多个磁场的方向相同。
7.根据权利要求6所述的磁流变液软体机器人的控制方法，其特征在于，还包括：
设定在同一时间内向所述软体机器人的多个部位施加磁场的磁场强度，其中，至少两个部位的磁场强度不同；
根据设定的磁场强度向所述软体机器人施加磁场，以使所述软体机器人的多个部位根据对应的磁场强度沿所施加的磁场的方向形变以形成不同程度的凸起，使所述软体机器人呈现预设的形状。
8.根据权利要求6所述的磁流变液软体机器人的控制方法，其特征在于，当所述磁场发生装置为多个时，每个所述磁场发生装置所产生的磁场的方向不同。
9.根据权利要求1或7所述的磁流变液软体机器人的控制方法，其特征在于，当所述磁场发生装置为多个时，所述控制方法还包括：
设定在同一时间内每个磁场发生装置所产生的磁场的区域；
根据设定的区域对每个磁场发生装置进行控制，以按照所述设定的区域向所述软体机器人的对应部位施加磁场，使所述软体机器人的对应部位沿所施加的磁场的方向形变以形成凸起，使所述软体机器人呈现预设的形状。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的磁流变液软体机器人的控制方法，其特征在于，所述软体机器人在未被施加磁场时呈扁平状。
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