CN108748127B - 仿虎甲幼虫的多驱动器软体机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种仿虎甲幼虫的多驱动器软体机器人，所述多驱动器软体机器人包括依次相连的尾部结构、颈部结构和头部结构，所述尾部结构包括具有爬行能力的多气囊式软体驱动器，所述颈部结构包括具有转向能力的纤维增强式软体驱动器，所述头部结构包括具有咬合能力的SMA驱动器。本发明将三种不同的驱动器结合起来，能够模仿虎甲幼虫在复杂地面环境中完成爬行、转向和咬合运动。

Description

仿虎甲幼虫的多驱动器软体机器人
技术领域
本发明涉及软体机器人技术领域，特别是涉及一种仿虎甲幼虫的多驱动器软体机器人。
背景技术
软体机器人是当今机器人技术的新兴热点和未来发展前沿，与传统刚性机器人相比，表现出了前所未有的适应性、灵敏性和敏捷性，并不断地扩充着机器人的应用领域，是机器人未来发展的主要趋势之一。
驱动是软体机器人研究的主要方向之一，当前基于气动、介电高弹体(DE)、离子交换聚合物(IPMC)、记忆合金(SMA)、响应水凝胶等不同类型的驱动方式，开发了各种不同类型的软体机器人。
但是目前开发的各类型软体机器人基本都基于单一驱动器进行设计制作，融合二种或二种以上不同类型驱动器来驱动软体机器人做复杂运动的研究还比较少。
因此，针对上述技术问题，有必要提供一种仿虎甲幼虫的多驱动器软体机器人。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种仿虎甲幼虫的多驱动器软体机器人，以能够模拟虎甲幼虫在复杂环境中完成爬行、转向和咬合运动。
为了实现上述目的，本发明一实施例提供的技术方案如下：
一种仿虎甲幼虫的多驱动器软体机器人，所述多驱动器软体机器人包括依次相连的尾部结构、颈部结构和头部结构，所述尾部结构包括具有爬行能力的多气囊式软体驱动器，所述颈部结构包括具有转向能力的纤维增强式软体驱动器，所述头部结构包括具有咬合能力的SMA驱动器。
作为本发明的进一步改进，所述多气囊式软体驱动器包括基板以及位于基板上的若干相互连通气囊，所述多气囊式软体驱动器由气压驱动，根据气囊内气压的变化产生不同程度的弯曲变形。
作为本发明的进一步改进，所述基板末端的底部设有第一倒刺结构。
作为本发明的进一步改进，所述基板的顶端设有安装部，用于固定安装所述纤维增强式软体驱动器。
作为本发明的进一步改进，所述纤维增强式软体驱动器包括中空设置的圆柱形弹性件及缠绕于弹性件上的纤维，所述弹性件和缠绕的纤维形成弹性腔，所述纤维增强式软体驱动器由气压驱动，根据弹性腔内气压的变化产生不同程度的轴向伸缩变形。
作为本发明的进一步改进，所述纤维增强式软体驱动器包括两个弹性腔，两个弹性腔通过不同序列的轴向伸缩变形，可以产生不同的弯曲角度，使得软体机器人转向。
作为本发明的进一步改进，所述SMA驱动器包括外壳、对称安装于外壳头部用于咬合的钳子、安装于钳子旋转轴上的旋转弹簧、安装于外壳内的SMA弹簧、以及安装于SMA弹簧和钳子之间的触发连杆。
作为本发明的进一步改进，所述SMA弹簧在通电加热时产生轴向的伸长，不通电冷却时SMA弹簧会恢复原状，SMA驱动器在SMA弹簧通电时，通过触动触发连杆，使得钳子在旋转弹簧的力的作用下直接闭合，完成咬合的动作。
作为本发明的进一步改进，所述外壳内设有用于抵住触发连杆的突起装置。
作为本发明的进一步改进，所述外壳末端的底部设有第二倒刺结构。
本发明的有益效果是：
本发明将三种不同的驱动器结合起来，能够模仿虎甲幼虫在复杂地面环境中完成爬行、转向和咬合运动；
本发明在软体机器人尾部和头部添加了倒刺结构，可以在软体机器人运动过程中交替性的改变机器人与地面的摩擦力，从而推动软体机器人向前运动；
本发明软体机器人的颈部，由两个纤维缠绕的弹性腔构成，通过在不同的腔内施加不同的压力，可以使得软体机器人产生方向和不同角度的弯曲；
本发明在软体机器人头部通过两个旋转弹簧给头部的钳子提供扭转力矩，使得软体机器人能够完成强力的咬合动作；
本发明在软体机器人头部，利用SMA弹簧和触发连杆作为头部钳子的触发结构，能够方便快速的触发，使得机器人能够及时的完成咬合动作；
本发明软体机器人的头部钳子采用交替间隔结构设计，能够使得软体机器人的一双钳子在最大角度上闭合。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一具体实施方式中多驱动器软体机器人的立体结构示意图；
图2为本发明一具体实施方式中多气囊式软体驱动器的立体结构示意图；
图3为本发明一具体实施方式中纤维增强式软体驱动器的结构示意图；
图4为本发明一具体实施方式中SMA驱动器的立体结构示意图；
图5为本发明一具体实施方式中SMA驱动器的另一角度立体结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
参图1所示，本发明一具体实施方式中仿虎甲幼虫的多驱动器软体机器人，包括依次相连的尾部结构、颈部结构和头部结构，尾部结构包括具有爬行能力的多气囊式软体驱动器10，颈部结构包括具有转向能力的纤维增强式软体驱动器20，头部结构包括具有咬合能力的SMA驱动器30，结合多气囊式软体驱动器10、纤维增强式软体驱动器20和SMA驱动器30能够很好地模拟虎甲幼虫在复杂环境中完成爬行、转向和咬合运动。
参图1并结合图2所示，软体机器人尾部由多气囊式驱动器10构成，并具有在复杂地面向前爬行的能力，同时多气囊式驱动器10由气压驱动，根据气腔内气压的变化产生不同程度的弯曲变形，充气时软体机器人尾部弯曲，放气时恢复原状。
具体地，多气囊式软体驱动器10包括基板11以及位于基板上的若干相互连通气囊12，多气囊式软体驱动器10由气压驱动，根据气囊12内气压的变化产生不同程度的弯曲变形。优选地，本实施方式中基板11上设有11个相互连通的气囊12，在其他实施方式中气囊的数量可以设置为其他数目。
优选地，基板11末端的底部设有第一倒刺结构111，该倒刺结构，可以通过改变运动过程中软体机器人两端与地面的摩擦力，使软体机器人快速向前移动。
另外，在基板11的顶端设有安装部112，用于固定安装纤维增强式软体驱动器20。
参图1并结合图3所示，软体机器人颈部由纤维增强式软体驱动器20构成，并在软体机器人前进过程中具有转向的能力。该纤维增强式软体驱动器由气压驱动，在通入压力气体时，纤维条限制弹性腔的径向膨胀，只能产生轴向变形，因此根据气腔内气压的变化能产生不同程度的轴向伸缩变形。
具体地，纤维增强式软体驱动器20包括中空设置的圆柱形弹性件21及缠绕于弹性件上的纤维22，弹性件和缠绕的纤维形成弹性腔23，纤维增强式软体驱动器20由气压驱动，根据弹性腔23内气压的变化产生不同程度的轴向伸缩变形。
本实施方式中的纤维增强式软体驱动器20包括两个弹性腔23，两个弹性腔23通过不同序列的轴向伸缩变形，可以产生不同的弯曲角度，使得软体机器人转向。
参图1并结合图4、图5所示，软体机器人头部由SMA驱动器30构成，并当软体机器人爬行到食物面前式具有强力的咬合能力。
具体地，本实施方式中的SMA驱动器30包括外壳31、对称安装于外壳头部用于咬合的钳子32、安装于钳子旋转轴上的旋转弹簧33、安装于外壳内的SMA弹簧34、以及安装于SMA弹簧和钳子之间的触发连杆35，钳子32、旋转弹簧33、SMA弹簧34及触发连杆35均为对称安装。优选地，钳子采用交替间隔结构设计，能够使得软体机器人的一双钳子在最大角度上闭合；SMA弹簧34由直径为1毫米的镍钛合金构成的双程记忆弹簧，在通电加热的情况下，弹簧会发生伸长变形，当冷却时弹簧开始收缩。
优选地，本实施方式中外壳31内设有突起装置36，用于抵住触发连杆35，起到限位的作用。
其中，SMA弹簧34在通电加热时产生轴向的伸长，不通电冷却时SMA弹簧34会恢复原状，SMA驱动器30在SMA弹簧通电时产生轴向的伸长，此时伸长的SMA弹簧34将会把触发连杆35向上推动，使其离开突起装置36，同时没有了突起装置36的位置限制，使得钳子32在旋转弹簧33的力矩作用下直接闭合，完成咬合的动作。
当SMA弹簧34不通电时，SMA弹簧将开始冷却并恢复原状。
另外，外壳末端的底部设有第二倒刺结构311，该倒刺结构，可以通过改变运动过程中机器人两端与地面的摩擦力，使软体机器人快速向前移动。
由以上技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
本发明将三种不同的驱动器结合起来，能够模仿虎甲幼虫在复杂地面环境中完成爬行、转向和咬合运动；
本发明在软体机器人尾部和头部添加了倒刺结构，可以在软体机器人运动过程中交替性的改变机器人与地面的摩擦力，从而推动软体机器人向前运动；
本发明软体机器人的颈部，由两个纤维缠绕的弹性腔构成，通过在不同的腔内施加不同的压力，可以使得软体机器人产生方向和不同角度的弯曲；
本发明在软体机器人头部通过两个旋转弹簧给头部的钳子提供扭转力矩，使得软体机器人能够完成强力的咬合动作；
本发明在软体机器人头部，利用SMA弹簧和触发连杆作为头部钳子的触发结构，能够方便快速的触发，使得机器人能够及时的完成咬合动作；
本发明软体机器人的头部钳子采用交替间隔结构设计，能够使得软体机器人的一双钳子在最大角度上闭合。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种仿虎甲幼虫的多驱动器软体机器人，其特征在于，所述多驱动器软体机器人包括依次相连的尾部结构、颈部结构和头部结构，所述尾部结构包括具有爬行能力的多气囊式软体驱动器，所述颈部结构包括具有转向能力的纤维增强式软体驱动器，所述头部结构包括具有咬合能力的SMA驱动器，所述SMA驱动器包括外壳、对称安装于外壳头部用于咬合的钳子、安装于钳子旋转轴上的旋转弹簧、安装于外壳内的SMA弹簧、以及安装于SMA弹簧和钳子之间的触发连杆，所述SMA弹簧在通电加热时产生轴向的伸长，不通电冷却时SMA弹簧会恢复原状，SMA驱动器在SMA弹簧通电时，通过触动触发连杆，使得钳子在旋转弹簧的力的作用下直接闭合，完成咬合的动作，所述外壳内设有用于抵住触发连杆的突起装置。
2.根据权利要求1所述的仿虎甲幼虫的多驱动器软体机器人，其特征在于，所述多气囊式软体驱动器包括基板以及位于基板上的若干相互连通气囊，所述多气囊式软体驱动器由气压驱动，根据气囊内气压的变化产生不同程度的弯曲变形。
3.根据权利要求2所述的仿虎甲幼虫的多驱动器软体机器人，其特征在于，所述基板末端的底部设有第一倒刺结构。
4.根据权利要求2所述的仿虎甲幼虫的多驱动器软体机器人，其特征在于，所述基板的顶端设有安装部，用于固定安装所述纤维增强式软体驱动器。
5.根据权利要求1所述的仿虎甲幼虫的多驱动器软体机器人，其特征在于，所述纤维增强式软体驱动器包括中空设置的圆柱形弹性件及缠绕于弹性件上的纤维，所述弹性件和缠绕的纤维形成弹性腔，所述纤维增强式软体驱动器由气压驱动，根据弹性腔内气压的变化产生不同程度的轴向伸缩变形。
6.根据权利要求5所述的仿虎甲幼虫的多驱动器软体机器人，其特征在于，所述纤维增强式软体驱动器包括两个弹性腔，两个弹性腔通过不同序列的轴向伸缩变形，可以产生不同的弯曲角度，使得软体机器人转向。
7.根据权利要求1所述的仿虎甲幼虫的多驱动器软体机器人，其特征在于，所述外壳末端的底部设有第二倒刺结构。
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