CN110303477B - 磁驱动软体机器人及其制造方法、工作平台 - Google Patents

磁驱动软体机器人及其制造方法、工作平台 Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种磁驱动软体机器人及其制造方法、工作平台。所述软体机器人包括柔性本体和多个磁铁，所述多个磁铁连接于所述柔性本体且沿所述柔性本体的延伸方向间隔设置，每个磁铁的磁化方向均垂直于所述柔性本体的延伸方向，相邻两个磁铁的磁化方向相反。通过上述技术方案，能够获得一种磁驱动软体机器人，该机器人能够在外磁场的驱动下实现类似爬虫蠕动的运动。

Description

磁驱动软体机器人及其制造方法、工作平台
技术领域
本申请涉及软体机器人领域，具体而言，涉及一种磁驱动软体机器人及其工作平台。
背景技术
软体机器人作为一种新型机器人，具有结构柔软度高，环境适应性好，亲和性强，功能多样等特点。经过十几年的发展，目前软体机器人的驱动方式主要有：气动、形状记忆合金、离子交换聚合物、介电高弹体、响应水凝胶、化学燃烧驱动等类型。然而这些传统的驱动方式控制系统较为复杂，大多只能实现有线驱动，不能实现无接触的复杂控制。
发明内容
本申请的一个目的是提供一种可实现无接触驱动的软体机器人。
本申请的另一个目的是提供一种制造上述软体机器人的方法。
本申请的再一个目的是提供一种软体机器人的工作平台，该工作平台能够对放置在其上的软体机器人进行模拟控制。
为了实现上述目的，本申请提供一种磁驱动软体机器人，包括柔性本体和多个磁铁，所述多个磁铁连接于所述柔性本体且沿所述柔性本体的延伸方向间隔设置，每个磁铁的磁化方向均垂直于所述柔性本体的延伸方向，相邻两个磁铁的磁化方向相反。
本申请还提供一种磁驱动软体机器人的制造方法，该方法包括：将多个磁铁预置在模具的模腔内，使所述多个磁铁沿所述模腔的延伸方向间隔排布，使每个磁铁的磁化方向垂直于所述模腔的延伸方向，并且使相邻两个磁铁的磁化方向相反；向所述模腔内浇注液态弹性材料；待所述液态弹性材料固化后，将成品从所述模腔内取出。
本申请还提供一种磁驱动软体机器人的工作平台，包括：台面，用于放置上述软体机器人；驱动磁铁，设置在所述台面的下方，用于通过磁力驱动所述软体机器人在所述台面上蠕动；移动装置，设置在所述台面的下方，用于驱动所述驱动磁铁移动。
通过上述技术方案，能够获得一种磁驱动软体机器人，该机器人能够在外磁场的驱动下实现类似爬虫蠕动的运动。
本申请的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本申请实施例提供的磁驱动软体机器人的立体图；
图2为本申请实施例提供的磁驱动软体机器人的主视图；
图3为本申请实施例提供的磁驱动软体机器人的俯视图；
图4为本申请另一实施例提供的磁驱动软体机器人的主视图；
图5为本申请实施例提供的磁驱动软体机器人的工作平台的立体图；
图6为本申请实施例提供的磁驱动软体机器人的工作平台的另一视角的立体图；
图7为本申请实施例提供的磁驱动软体机器人的工作平台的主视图。
图标：10-软体机器人；11-柔性本体；12-磁铁；13-增厚段；14-减薄段；15-节段；16-弹性件；20-工作平台；21-台面；22-支腿；23-导杆；24-连杆；25-第一导套；26-导轨；27-第二导套；28-移动装置；29-驱动磁铁；X-第一方向；Y-第二方向；Z-第三方向。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“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，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”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，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
如图1至图3所示，本申请的第一实施例提供一种磁驱动软体机器人10，该机器人10包括柔性本体11和多个磁铁12，柔性本体11由弹性材料一体成型，多个磁铁12固定于柔性本体11且沿柔性本体11的延伸方向间隔设置，每个磁铁12的磁化方向均垂直于柔性本体11的延伸方向，相邻两个磁铁12的磁化方向相反。例如，如图2所示，如果柔性本体11沿水平方向延伸，则磁铁12的磁化方向可以是竖直方向，相邻两个磁铁12中的一个磁铁N极向上、S极向下，另一个磁铁N极向下、S极向上。上述弹性材料例如可以是硅胶、橡胶等。
通过上述技术方案，能够获得一种磁驱动软体机器人10，该机器人10能够在外磁场的驱动下实现类似爬虫蠕动的运动。例如，如图5和图7所示，将该机器人10放置在台面21上，在台面21下方设置驱动磁铁29，当沿着与柔性本体11的延伸方向平行的方向移动驱动磁铁29时，柔性本体11上的相邻两个磁铁12中的一者(与驱动磁铁29磁化方向相同)会受到斥力向上抬起，另一者(与驱动磁铁29磁化方向相反的磁铁12)会受到吸力保持在台面21上，从而使软体机器人10产生形变并且大体以正弦波的形态跟随驱动磁铁29向前移动，即，实现了类似爬虫蠕动的运动。
在第一实施例中，柔性本体11可以呈长条形，磁铁12的磁化方向与柔性本体11的厚度方向垂直。
为了使软体机器人10的运动协调性更好，在第一实施例中，如图1至图3所示，磁铁12可以沿柔性本体11的延伸方向等间隔设置。
为了增加软体机器人10的运动灵活性，在第一实施例中，如图1至图3所示，柔性本体11可以包括多个增厚段13和多个减薄段14，增厚段13的厚度大于减薄段14的厚度，增厚段13和减薄段14沿柔性本体11的延伸方向交替设置，磁铁12与增厚段13一一对应，每个磁铁12嵌设在对应的增厚段13内。通过将柔性本体11的位于相邻两个磁铁12之间的部分减薄，使得相邻两个磁铁12之间的部分更容易产生变形，从而使软体机器人10运动更灵活。这里，如图1和图2所示，可以通过在柔性本体11的底面上设置凹槽以形成减薄段。在其他实施例中，也可以通过在柔性本体11的顶面上设置凹槽以形成减薄段，还可以通过在柔性本体11的顶面和底面上分别设置位置对应的凹槽以形成减薄段，本申请对此不作限制。
本申请的第二实施例提供一种磁驱动软体机器人10的制造方法，该方法可以用于制造第一实施例中的软体机器人10。该方法包括：将多个磁铁12预置在模具的模腔内，使所述多个磁铁12沿所述模腔的延伸方向间隔排布，使每个磁铁12的磁化方向垂直于所述模腔的延伸方向，并且使相邻两个磁铁12的磁化方向相反；向所述模腔内浇注液态弹性材料；待所述液态弹性材料固化后，将成品从所述模腔内取出。上述液态弹性材料例如可以是液体硅胶、液体橡胶等。
如图4所示，本申请的第三实施例提供一种磁驱动软体机器人10，该机器人10包括柔性本体11和多个磁铁12，柔性本体11包括沿柔性本体11的延伸方向排布的多个节段15，相邻两个节段15之间弹性连接，磁铁12与节段15一一对应，每个磁铁12连接于对应的节段15，每个磁铁12的磁化方向均垂直于柔性本体11的延伸方向，相邻两个磁铁12的磁化方向相反。例如，如图4所示，如果柔性本体11沿水平方向延伸，则磁铁12的磁化方向可以是竖直方向，相邻两个磁铁12中的一个磁铁N极向上、S极向下，另一个磁铁N极向下、S极向上。
通过上述技术方案，能够获得一种磁驱动软体机器人10，该机器人10能够在外磁场的驱动下实现类似爬虫蠕动的运动。例如，将该机器人10放置在台面21上，在台面21下方设置驱动磁铁29，当沿着与柔性本体11的延伸方向平行的方向移动驱动磁铁29时，柔性本体11上的相邻两个磁铁12中的一者(与驱动磁铁29磁化方向相同)会受到斥力向上抬起，另一者(与驱动磁铁29磁化方向相反的磁铁12)会受到吸力保持在台面21上，从而使软体机器人10产生形变并且大体以正弦波的形态跟随驱动磁铁29向前移动，即，实现了类似爬虫蠕动的运动。
为了使软体机器人10的运动协调性更好，在第三实施例中，磁铁12可以沿柔性本体11的延伸方向等间隔设置。
进一步地，在第三实施例中，如图4所示，柔性本体11还可以包括多个弹性件16，相邻两个节段15之间通过弹性件16连接。具体地，该弹性件16可以是螺旋弹簧、扭簧、弹性片等。
如图5至图7所示，本申请的第四实施例提供一种磁驱动软体机器人10的工作平台20，该工作平台20包括台面21、驱动磁铁29、移动装置28。其中，台面21用于放置如上所述的软体机器人10；驱动磁铁29设置在台面21的下方，驱动磁铁29用于通过磁力驱动所述软体机器人10在所述台面21上蠕动；移动装置28用于驱动驱动磁铁29移动。将上述软体机器人10放置在台面21上，使其延伸方向与移动装置28的驱动方向平行，当驱动磁铁29移动时，柔性本体11上的相邻两个磁铁12中的一者(与驱动磁铁29磁化方向相同)会受到斥力向上抬起，另一者(与驱动磁铁29磁化方向相反)会受到吸力保持在台面21上，从而使软体机器人10产生形变并且大体以正弦波的形态跟随驱动磁铁29向前移动，即，实现了类似爬虫蠕动的运动。
在第四实施例中，如图5至图7所示，移动装置28可以包括带传动机构和用于驱动带传动机构的电机，驱动磁铁29设置在带传动机构的传送带上且与传送带连接。通过这种方式，使得驱动磁铁29能够在台面21下方往复运动，当驱动磁铁29向前移动(驱动磁铁29位于传送带上层)时，驱动磁铁29能够通过磁力驱动软体机器人10向前蠕动；当驱动磁铁29向后移动(驱动磁铁29位于传动带下层)时，由于驱动磁铁29与软体机器人10之间的距离较大，使得驱动磁铁29与磁铁12之间的磁力几乎消失，软体机器人10静止在台面21上。这里，驱动磁铁29例如可以通过胶接的方式连接在传送带上。
这里，通过采用带传动机构，可以使软体机器人10朝着一个方向持续前进；通过控制电机的转速，可以控制驱动磁铁29的移动速度，进而控制软体机器人10的前进速度。
在替代实施例中，移动装置28可以包括链传动机构和用于驱动链传动机构的电机，驱动磁铁29设置在链传动机构的链条上且与链条连接。这种实施例与上述采用带传动机构的实施例的工作原理类似，在此不再赘述。
进一步地，上述工作平台20还可以包括调节机构，该调节机构能够沿第一方向X、第二方向Y和第三方向Z调节移动装置28的位置，其中，第一方向X和第二方向Y均与台面21平行，第三方向Z与台面21垂直，第一方向X、第二方向Y和第三方向Z两两垂直。通过沿第三方向Z调节移动装置28的位置，可以调节驱动磁铁29与软体机器人10之间的距离，从而改变软体机器人10的变形程度，进而控制软体机器人10的前进速度。
需要说明的是，软体机器人10的前进速度由驱动磁铁29的移动速度和驱动磁铁29与软体机器人10之间的距离共同决定。
上述调节机构可以是已知的任意类型的三轴调节机构，本申请对此不作限制。可选地，如图5至图7所示，所述工作平台20还可以包括沿所述第三方向Z延伸的四个支腿22，台面21由四个支腿22支撑，所述调节机构包括第一移动支架和第二移动支架，第一移动支架包括两个导杆23、两个连杆24、以及四个第一导套25，两个导杆23和两个连杆24围成矩形框架，导杆23沿第一方向X延伸，连杆24沿第二方向Y延伸，四个第一导套25设置在所述矩形框架的四角，每个第一导套25可滑动地套设在对应的支腿22上，第二移动支架包括导轨26和两个第二导套27，导轨26沿第二方向Y延伸，两个第二导套27分别连接于导轨26的两端，每个第二导套27可滑动地套设在对应的导杆23上，移动装置28滑动配合于导轨26，移动装置28用于驱动所述驱动磁铁29沿第一方向X移动。在这种情况下，第一移动支架能够沿支腿22上下滑动，从而调节驱动磁铁29与软体机器人10之间的距离；第二移动支架能够沿导杆23滑动，移动装置28能够沿导轨26滑动，从而保持软体机器人10在控制范围之内。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种磁驱动软体机器人，其特征在于，包括柔性本体和多个磁铁，所述多个磁铁连接于所述柔性本体且沿所述柔性本体的延伸方向间隔设置，每个磁铁的磁化方向均垂直于所述柔性本体的延伸方向，相邻两个磁铁的磁化方向相反，所述柔性本体由弹性材料一体成型。
2.根据权利要求1所述的软体机器人，其特征在于，所述多个磁铁沿所述柔性本体的延伸方向等间隔设置。
3.根据权利要求1所述的软体机器人，其特征在于，所述柔性本体包括多个增厚段和多个减薄段，所述增厚段的厚度大于所述减薄段的厚度，所述增厚段和所述减薄段沿所述柔性本体的延伸方向交替设置，每个磁铁嵌设在对应的增厚段内。
4.一种磁驱动软体机器人的制造方法，其特征在于，包括：
将多个磁铁预置在模具的模腔内，使所述多个磁铁沿所述模腔的延伸方向间隔排布，使每个磁铁的磁化方向垂直于所述模腔的延伸方向，并且使相邻两个磁铁的磁化方向相反；
向所述模腔内浇注液态弹性材料；
待所述液态弹性材料固化后，将成品从所述模腔内取出。
5.一种磁驱动软体机器人的工作平台，其特征在于，包括：
台面，用于放置权利要求1-3中任一项所述的软体机器人；
驱动磁铁，设置在所述台面的下方，用于通过磁力驱动所述软体机器人在所述台面上蠕动；
移动装置，设置在所述台面的下方，用于驱动所述驱动磁铁移动。
6.根据权利要求5所述的工作平台，其特征在于，所述移动装置包括带传动机构和用于驱动所述带传动机构运转的电机，所述驱动磁铁设置在所述带传动机构的传送带上；或者，所述移动装置包括链传动机构和用于驱动所述链传动机构运转的电机，所述驱动磁铁设置在所述链传动机构的链条上。
7.根据权利要求5所述的工作平台，其特征在于，所述工作平台还包括调节机构，所述调节机构能够沿第一方向、第二方向和第三方向调节所述移动装置的位置，其中，所述第一方向和第二方向均与所述台面平行，所述第三方向与所述台面垂直，所述第一方向、第二方向和第三方向两两垂直。
8.根据权利要求7所述的工作平台，其特征在于，所述工作平台还包括沿所述第三方向延伸的四个支腿，所述台面由所述四个支腿支撑，所述调节机构包括第一移动支架和第二移动支架，所述第一移动支架包括两个导杆、两个连杆、以及四个第一导套，所述两个导杆和所述两个连杆围成矩形框架，所述导杆沿所述第一方向延伸，所述连杆沿所述第二方向延伸，所述四个第一导套设置在所述矩形框架的四角，每个第一导套可滑动地套设在对应的支腿上，所述第二移动支架包括导轨和两个第二导套，所述导轨沿所述第二方向延伸，所述两个第二导套分别连接于所述导轨的两端，每个第二导套可滑动地套设在对应的导杆上，所述移动装置滑动配合于所述导轨，所述移动装置用于驱动所述驱动磁铁沿所述第一方向移动。
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Granted publication date: 20210105

Termination date: 20210705

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