CN109176501A - 仿尺蠖软体机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及仿生学技术领域，具体地说，是一种仿尺蠖软体机器人，该仿尺蠖软体机器人可通过气动与形状记忆合金共同驱动，包括头部部件、躯干部件、尾部部件，头部部件与尾部部件设置在躯干部件的两端，躯干部件包括躯干本体和设置在躯干本体两端的头部安装模块和尾部安装模块，躯干本体为长条形规则形状，躯干本体的横截面为半圆形，躯干本体半圆外周设置有螺旋槽，头部安装模块与头部部件相连，尾部安装模块与尾部部件相连，躯干本体的长方形底部上设置有安装槽用来安装形状记忆金属。

Description

仿尺蠖软体机器人

技术领域

本发明涉及仿生学技术领域，具体地说，是一种仿尺蠖软体机器人，该仿尺蠖软体机器人可通过气动与形状记忆合金共同驱动。

背景技术

尺蠖（chǐ huò），尺蛾的幼虫。属于节肢动物，昆虫纲，鳞翅目，尺蛾科昆虫幼虫统称。尺蠖身体细长，行动时一屈一伸像个拱桥，休息时，身体能斜向伸直如枝状。

机器人广泛应用于工业、国防、探测等诸多领域。传统机器人的结构刚性使其对环境的适应性较差，无法适应非结构化环境。仿生软体机器人灵感来源于自然界，具有无限自由度，可实现大范围内形状和尺寸的改变，能较好地适应复杂环境，在工业、军事、医疗、科学探测、救援等方面具有广泛的应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供一款能实现爬行、前进、后退、扭转、抓取等运动方式的仿生尺蠖软体机器人。

为了实现上述目的，本发明采用具体技术方案如下：

一种仿尺蠖软体机器人，包括头部部件、躯干部件、尾部部件，头部部件与尾部部件设置在躯干部件的两端，躯干部件包括躯干本体和设置在躯干本体两端的头部安装模块和尾部安装模块，躯干本体为长条形规则形状，躯干本体的横截面为半圆形，躯干本体半圆外周设置有螺旋槽，头部安装模块与头部部件相连，尾部安装模块与尾部部件相连，躯干本体的长方形底部上设置有安装槽用来安装形状记忆金属。

本发明的进一步改进，躯干本体的一端设置有气道，气道分为中心气道和辅助气道，中心气道的截面积大于辅助气道的截面积，中心气道设置在躯干本体端面的中心位置数量为1个，辅助气道的数量为3个均匀分布设置在中心气道的四周。

本发明的进一步改进，头部部件与尾部部件的形状相同，头部部件和尾部部件的整体为长条形规则形状横截面为半圆形，头部部件和尾部部件的一端设置有气道，头部部件和尾部部件的一端设置有阶梯安装槽用来与躯干部件的头部安装模块相连和尾部安装模块。

本发明的进一步改进，头部部件和尾部部件长方形底部上设置有气道输出孔，气道输出孔的数量为6个均匀分布在头部部件和尾部部件长方形底部上，还包括弯曲变形模块，弯曲变形模块的一侧设置有4个并行的气囊，弯曲变形模块的气体输入孔通过胶粘的方式连接到头部部件和尾部部件的气道输出孔上。

本发明的进一步改进，躯干本体的长方形底部上设置的安装槽外部设置有盖板用来固定与密封安装槽内的形状记忆金属。

在本发明中，躯干部件包括含有螺旋槽的躯干本体，可缠绕纤维线，从而防止机器人本体径向膨胀，尾部部件端面分别均布有1个中心气道和3个辅助气道，从而实现气动驱动；在躯干本体的底部布有形状记忆金属安装槽，嵌入的形状记忆金属通电后可实现弯曲变形。通过气动和形状记忆金属形变实现软体机器人本体的弯曲冗余驱动。

本发明的有益效果：（1）本发明中采用气动与形状记忆金属形变构成冗余驱动，实现软体机器人的弯曲形变；

（2）本发明中通过对软体机器人本体端面的3个辅助气道输入不同压力的气体，实现机器人扭转功能；

（3）本发明中头部（或尾部）通入气体之后6个弯曲变形模块发生弯曲形变，可实现抓取、固定功能；

（4）本发明中头部与尾部可互换，从而可实现前进、后退功能；

（5）本发明中软体机器人尾部通气弯曲产生固定，机器人躯干部分在气动和形状记忆金属变形作用下实现弯曲、扭转大变形，头部通入气体后可实现抓取功能，从而模仿食肉型尺蠖捕食行为。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的拆解示意图；

图3为本发明中躯干部件的结构示意图；

图4为本发明中躯干部件端面的示意图；

图5为本发明中尾部部件的示意图；

图6为本发明中头（尾）部件中的弯曲模块的示意图。

图中，1-头部部件，2-躯干部件，3-尾部部件，4-完全变形模块，5-盖板，6-形状记忆金属，201-螺旋槽，202-头部安装模块，203-安装槽，204-尾部安装模块，205-中心气道，206-辅助气道，301-气道输出孔，302-阶梯安装槽，303-气道，401-气囊，402-气体输出孔。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面将结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述，该实施例仅用于解释本发明，并不对本发明的保护范围构成限定。

实施例：如图1和图2所示，一款仿生尺蠖软体机器人包括头部部件1、软体机器人躯干部件2、尾部部件3、弯曲模块4、盖板5和形状记忆金属6，其中，如图2-图4所示，软体机器人躯干部件2含有螺旋槽201，通过在槽内缠绕纤维线可防止软体机器人本体充气后径向膨胀。将形状记忆金属6安装于机器人躯干部件底部的安装槽203内，然后通过盖板5实现固定与密封，通电后记忆金属发生弯曲形变，从而带动软体机器人发生弯曲。记忆金属的存在改变了软体机器人的刚性。再者，将气体通入中心气道205后，达到一定压力后软体机器人躯干部件2会发生弯曲变形，从而也实现了软体机器人本体的弯曲形变。气动驱动与形状记忆金属形变实现了软体机器人弯曲形变的冗余驱动。如图4所示，在机器人躯干部件2端面的3个辅助气道206中通入不等压力的气体，可实现软体机器人本体的扭转弯曲功能。

如图4-图6所示，本实施例中软体机器人尾部安装模块204与尾部部件3中的阶梯安装槽302相配合安装构成一个整体。尾部部件3的气道输出孔与弯曲变形模块4的气体输入孔402胶连配合构成一个整体，通过气道303进行气体输入，到达一定压力后弯曲模块4的气囊401膨胀，进而弯曲模块发生弯曲变形，从而实现抓取固定作用。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种仿尺蠖软体机器人，其特征在于，包括头部部件、躯干部件、尾部部件，所述头部部件与所述尾部部件设置在所述躯干部件的两端，所述躯干部件包括躯干本体和设置在躯干本体两端的头部安装模块和尾部安装模块，所述躯干本体为长条形规则形状，其横截面为半圆形，所述躯干本体半圆外周设置有螺旋槽，所述头部安装模块与所述头部部件相连，所述尾部安装模块与所述尾部部件相连，所述躯干本体的长方形底部上设置有安装槽用来安装形状记忆金属。

2.根据权利要求1所述的仿尺蠖软体机器人，其特征在于，所述躯干本体的一端设置有气道，所述气道分为中心气道和辅助气道，所述中心气道的截面积大于所述辅助气道的截面积，所述中心气道设置在所述躯干本体端面的中心位置数量为1个，所述辅助气道的数量为3个均匀分布设置在所述中心气道的四周。

3.根据权利要求2所述的仿尺蠖软体机器人，其特征在于，所述头部部件与所述尾部部件的形状相同，所述头部部件和所述尾部部件的整体为长条形规则形状，其横截面为半圆形，所述头部部件和所述尾部部件的一端设置有气道，所述头部部件和所述尾部部件的一端设置有阶梯安装槽用来与所述躯干部件的头部安装模块相连和尾部安装模块。

4.根据权利要求3所述的仿尺蠖软体机器人，其特征在于，所述头部部件和所述尾部部件长方形底部上设置有气道输出孔，所述气道输出孔的数量为6个均匀分布在所述头部部件和所述尾部部件长方形底部上，还包括弯曲变形模块，所述弯曲变形模块的一侧设置有4个并行的气囊，所述弯曲变形模块的气体输入孔通过胶粘的方式连接到所述头部部件和所述尾部部件的气道输出孔上。

5.根据权利要求1-4任一项所述的仿尺蠖软体机器人，其特征在于，所述躯干本体的长方形底部上设置的安装槽外部设置有盖板用来固定与密封所述安装槽内的形状记忆金属。