CN110153996A - 一种高环境适应性软体机器人用仿生足 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高环境适应性软体机器人用仿生足，导气层，内部设有导气通道；作用层，与导气层的底壁贴合，作用层上设有若干贯通的第二通孔，第二通孔与导气通道贯通，若干织构体，设置于作用层的底壁上，织构体内设有第二圆形空腔、中心孔、与中心孔连通的第一环形空腔、第二环形空腔和第一圆柱形空腔；气体导管，一端与导气通道连通；及气动系统，与气体导管的另一端连通；其中，导气层和连接层均由不易变形的柔性材料制成，作用层和织构体均由易变形的柔性材料制成。本发明解决了现有技术中软体机器人附着力差的问题，能够在不同环境下实现附着力可调。

Description

一种高环境适应性软体机器人用仿生足

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种高环境适应性软体机器人用仿生足。

背景技术

随着人类文明、科学技术的发展，机器人已广泛应用于社会的各个领域。在重复劳动、危险极端等环境中，机器人的地位犹为重要，不仅节省了时间和经济成本，也保障了人们的生命安全。

然而传统上的机器人大多为刚性机器人，运动和执行空间上常常受限，软体机器人作为一种新型柔性机器人，能够连续变形，运动灵活，仿造自然界的生物能够制造出许多不同适应非结构化环境的软体机器人，相应的仿照自然界中的生物也能设计出不同的织构皮肤应用在软体机器人上扩展其应用，例如自然界中荷叶表面具有的自清洁功能，壁虎因其脚掌的独特结构而具有的爬墙功能。

现有技术中公开了一种蛇形软体机器人，但它只能在地面运动，难以附着在其他物体表面上运动，附着力差。现有技术中还公开了一种软体手指及软体机器人中，为了增大抓取的摩擦力仅仅是在执行末端增加凸起，限制了抓取的能力，同样存在附着力差的问题。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种高环境适应性软体机器人用仿生足，解决现有技术中软体机器人附着力差的问题，能够在不同环境下实现附着力可调。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种高环境适应性软体机器人用仿生足，包括：

导气层，内部设有导气通道；

作用层，与所述导气层的底壁贴合，所述作用层上设有若干贯通的第二通孔，所述第二通孔与所述导气通道贯通，

若干织构体，设置于所述作用层的底壁上，所述织构体内设有中心孔、第一环形空腔、第二环形空腔、第一圆柱形空腔和第二圆形空腔，所述中心孔的顶端与所述第二通孔一一对应贯通，底端与所述第一圆柱形空腔连通，所述第一环形空腔和所述第二环形空腔均设置于所述中心孔的周向外侧，且所述第一环形空腔位于所述第二环形空腔的上方，所述中心孔通过第一通道与所述第一环形空腔的上部连通，所述中心孔通过第二通道与所述第二环形空腔的上部连通，所述第二圆形空腔设置于所述织构体的底壁上；

气体导管，一端与所述导气通道连通；及

气动系统，与所述气体导管的另一端连通；

其中，所述导气层和所述连接层均由弹性应变小的柔性材料制成，所述作用层和所述织构体均由易变形的柔性材料制成。

优选地，还包括连接层，所述连接层设置于所述导气层与所述作用层之间，所述连接层分别与所述导气层和所述作用层紧密贴合，所述连接层上设有若干贯通的第一通孔，所述第一通孔与所述导气通道贯通，所述第二通孔与所述第一通孔一一对应贯通。

优选地，所述中心孔的直径小于所述第二通孔的直径。

优选地，所述第一环形空腔的直径大于所述第二环形空腔的直径。

优选地，所述第二环形空腔的外径不小于所述第一圆柱形空腔的直径。

优选地，所述第二圆形空腔的直径小于所述第一圆柱形空腔的直径。

优选地，所述导气层和所述连接层均由PDMS制成。

优选地，所述作用层和所述织构体均由硅胶制成。

本发明的有益效果：

1)本发明织构体内从上之下依次设有第一环形空腔、第二环形空腔、第一圆柱形空腔和第二圆形空腔，且织构体的中心设有与导气层内导气通道连通的中心孔，气体通过中心孔进入第一环形空腔、第二环形空腔和第一圆柱形空腔，造成各个腔体产生形变，第一环形空腔和第一圆柱形空腔的形状呈上凸状，第二环形空腔因同时受到第一环形空腔和第一圆柱形空腔的挤压，向中心孔偏斜，使得第一圆柱形空腔和第二圆形空腔产生形变，第二圆形空腔体积增大，通过改变进入导气通道内的气体的体积，改变各个腔体的形变，从而调节织构体的附着力，实现在不同环境的不同表面上具有可调的附着力。

2)本发明均由软材料构成，柔性优良，能够容易的整合在各种软体机器人中使用。

3)本发明在导气层和作用层之间设置连接层，连接层和导气层同样由弹性应变小的柔性材料制成，防止气体压力过大破坏作用层。

附图说明

图1为根据本发明实施例的一种高环境适应性软体机器人用仿生足的结构示意图。

图2为根据本发明实施例的导气层、连接层和作用层的剖面示意图。

图3为根据本发明实施例的织构体的剖面结构图。

图4为根据本发明实施例的织构体的剖面示意图。

图5为根据本发明实施例的导气层的结构示意图。

图6为根据本发明实施例的连接层的结构示意图。

图7为根据本发明实施例的织构体内通入气体各个空腔产生形变的示意图。

附图标记：

1、导气层；1-1、导气通道；2、连接层；3、作用层；3-1、织构体；3-2、第一环形空腔；3-3、第二环形空腔；3-4、第一圆柱形空腔；3-5、第二圆柱形凹腔；3-6、中心孔；4、气体导管；5、气动系统。

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。

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”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，或一体地连接；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。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。

下面首先结合附图具体描述根据本发明实施例的一种高环境适应性软体机器人用仿生足。

请参阅图1至图7，根据本发明实施例的一种高环境适应性软体机器人用仿生足，包括导气层1、连接层2、作用层3、若干织构体3-1、气体导管4和气动系统5。

具体地，如图5所示，导气层1内设有导气通道1-1，导气通道1-1纵横交错排布，并与导气层1的底壁贯通。气体导管4的一端与所述导气通道1-1连通，另一端与气动系统5连通。气动系统5包括气泵、调压阀和电磁阀组和信号处理模块，调压阀和电磁阀组与信号处理模块连接。

连接层2设置于导气层1的底壁上，如图2和图6所示，连接层2中设有若干贯通的第一通孔，所述第一通孔与导气通道1-1贯通。作用层3设置于连接层2的底壁上，作用层3 中设有若干贯通的第二通孔，第二通孔与第一通孔一一对应贯通。

导气层1和连接层2均由弹性应变小的柔性材料制成，本发明实施例优选聚二甲基硅氧烷PDMS材料，作用层3和织构体3-1均由易变形的柔性材料制成，本发明实施例优选硅胶。由于作用层3易变性且比较薄，故设置连接2连接导气层1和作用3，防止作用层3内的气体压力过大时破坏作用层3。

如图3和图4所示，若干织构体3-1设置于作用层3的底壁上，织构体3-1内设有中心孔3-6、第一环形空腔3-2、第二环形空腔3-3、第一圆柱形空腔3-4和第二圆形空腔3-5，第一环形空腔3-2、第二环形空腔3-3、第一圆柱形空腔3-4和第二圆形空腔3-5相互独立，中心孔3-6的顶端与第二通孔一一对应贯通，底端与第一圆柱形空腔3-4连通，第一环形空腔 3-2和第二环形空腔3-3均设置于中心孔3-6的周向外侧，且第一环形空腔3-2位于第二环形空腔3-3的上方，中心孔3-6通过第一通道与第一环形空腔3-2的上部连通，中心孔3-6通过第二通道与第二环形空腔3-3的上部连通，第二圆形空腔3-5位于第一圆柱形空腔3-4的下方，并与织构体3-1的底壁贯通。

作为优选，本发明实施例的中心孔3-6的直径小于第二通孔的直径，第一环形空腔3-2 的直径大于第二环形空腔3-3的直径，第二环形空腔3-3的外径不小于第一圆柱形空腔3-4的直径，第二圆形空腔3-5的直径小于第一圆柱形空腔3-4的直径。气体通入中心孔3-6后，进入第一圆柱形空腔内，中心孔3-6中的气体通过第一通道由第一环形空腔3-2的上部进入第一环形空腔3-2中，中心孔3-6中的气体通过第二通道进入第二环形空腔3-3，由于气体从第一环形空腔3-2的上部进入第一环形空腔3-3中，且第一环形空腔3-2的直径大于第二环形空腔3-3的直径，使得第一环形空腔3-2产生上凸的变形，同样由于气体经过中心孔3-6后由第一圆柱形空腔3-4的顶部进入第一圆柱形空腔3-4的内，使得第一圆柱形空腔3-4产生上凸的变形，从而导致第二环形空腔3-3产生向中心孔3-6倾斜的变形，进一步的导致第二圆柱形空腔3-5产生上凸的变形同时向周向拉伸，致使第二圆柱形空腔3-5的体积变大产生负压，增大附着力。

本发明的工作原理：

如图7所示，开启气动系统5，气体由气泵通过气体导管4进入至导气通道1-1内，然后通过各个第一通孔和第二通孔，进入各个织构体3-1的中心孔3-6内，由于中心孔3-6与第一环形空腔3-2、第二环形空腔3-3和第一圆柱形空腔3-4连通，气体通入中心孔3-6后，向第一环形空腔3-2、第二环形空腔3-3和第一圆柱形空腔3-4内流入，气体由第一环形空腔3-3的上部进入第一环形空腔3-3中，使得第一环形空腔产生上凸的变形，同样由于气体由第一圆柱形空腔3-4的顶部进入第一圆柱形空腔的3-4内，使得第一圆柱形空腔3-4产生上凸的变形，从而导致第二环形空腔3-3产生向中心孔3-6倾斜的变形，进一步的导致第二圆柱形空腔3-5产生上凸的变形同时向周向拉伸，致使第二圆柱形空腔3-5的体积变大产生负压，增大附着力。

通过调节气动系统5控制进入导气通道1-1内的气流流量，即可调节本发明的附着力，以实现在不同环境的不同表面上具有可调的附着力。

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一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

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不脱离本发明的原理和宗旨的情况下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 (8)

1.一种高环境适应性软体机器人用仿生足，其特征在于，包括：

导气层(1)，内部设有导气通道(1-1)；

作用层(3)，与所述导气层(1)的底壁贴合，所述作用层(3)上设有若干贯通的第二通孔，所述第二通孔与所述导气通道(1-1)贯通，

若干织构体(3-1)，设置于所述作用层(3)的底壁上，所述织构体(3-1)内设有中心孔(3-6)、第一环形空腔(3-2)、第二环形空腔(3-3)、第一圆柱形空腔(3-4)和第二圆形空腔(3-5)，所述中心孔(3-6)的顶端与所述第二通孔一一对应贯通，底端与所述第一圆柱形空腔(3-4)连通，所述第一环形空腔(3-2)和所述第二环形空腔(3-3)均设置于所述中心孔(3-6)的周向外侧，且所述第一环形空腔(3-2)位于所述第二环形空腔(3-3)的上方，所述中心孔(3-6)通过第一通道与所述第一环形空腔(3-2)的上部连通，所述中心孔(3-6)通过第二通道与所述第二环形空腔(3-3)的上部连通，所述第二圆形空腔(3-5)设置于所述织构体(3-1)的底壁上；

气体导管(4)，一端与所述导气通道(1-1)连通；及

气动系统(5)，与所述气体导管(4)的另一端连通；

其中，所述导气层(1)和所述连接层(2)均由弹性应变小的柔性材料制成，所述作用层(3)和所述织构体(3-1)均由易变形的柔性材料制成。

2.根据权利要求1所述的高环境适应性软体机器人用仿生足，其特征在于，还包括连接层(2)，所述连接层(2)设置于所述导气层(1)与所述作用层(3)之间，所述连接层(2)分别与所述导气层(1)和所述作用层(3)紧密贴合，所述连接层(2)上设有若干贯通的第一通孔，所述第一通孔与所述导气通道(1-1)贯通，所述第二通孔与所述第一通孔一一对应贯通。

3.根据权利要求1所述的高环境适应性软体机器人用仿生足，其特征在于，所述中心孔(3-6)的直径小于所述第二通孔的直径。

4.根据权利要求1所述的高环境适应性软体机器人用仿生足，其特征在于，所述第一环形空腔(3-2)的直径大于所述第二环形空腔(3-3)的直径。

5.根据权利要求1所述的高环境适应性软体机器人用仿生足，其特征在于，所述第二环形空腔(3-3)的外径不小于所述第一圆柱形空腔(3-4)的直径。

6.根据权利要求1所述的高环境适应性软体机器人用仿生足，其特征在于，所述第二圆形空腔(3-5)的直径小于所述第一圆柱形空腔(3-4)的直径。

7.根据权利要求1所述的高环境适应性软体机器人用仿生足，其特征在于，所述导气层(1)和所述连接层(2)均由PDMS制成。

8.根据权利要求1所述的高环境适应性软体机器人用仿生足，其特征在于，所述作用层(3)和所述织构体(3-1)均由硅胶制成。