CN110588817A - 一种sma线圈驱动的软体越障机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种SMA线圈驱动的软体越障机器人，主要涉及软体机器人领域。包括可弯曲的长条状软体，所述长条状软体的上下两端均设有吸附装置，所述长条状软体的前侧壁上设有第一SMA线圈，所述长条状软体的后侧壁上设有第二SMA线圈，所述第一SMA线圈、第二SMA线圈均沿长条状软体的长度方向布置，所述长条状软体上设有协调控制驱动装置，所述吸附装置、第一SMA线圈、第二SMA线圈均与协调控制驱动装置信号连接。本发明的有益效果在于：能够实现越障运动，能够应用于障碍物较多的环境。
Description
技术领域
本发明涉及软体机器人领域，具体是一种SMA线圈驱动的软体越障机器人。
背景技术
软体机器人是一类新型仿生连续体机器人，可以在一定限度内随意变化形态，在生物工程、救灾救援、工业生产、医疗服务、勘探勘测等领域均有广泛应用。众所周知的，传统机器人的结构刚性强，环境适应性差，不同于传统机器人，软体机器人由软材料组成，能够适应各种非结构化环境，与人类的交互也更安全，软体机器人具有适应性强、适用范围广等优点，有潜力为刚性机器人无法满意解决的应用提供新的解决方案。
目前软体机器人的应用还处在起步阶段，由于临近学科的发展，软体机器人的制备最近取得了新的进展，研究人员利用快速和适应性强的制造技术可以制造复杂的软体系统，如多材料3D打印、形状沉积制造(SDM)等。这些技术可以结合在一起，用不同材料(例如，不同刚度模量的橡胶)、嵌入式电子器件和用于驱动的内部通道来制造复合材料。软材料直接数字打印可能是制造各种软结构的另一种选择，利用这些技术可以制造出各种各样的机器人。而现有的基于SMA驱动的软体机器人大都是模仿蠕虫或毛虫，是以蠕动的方式进行行走，难以应用于障碍物较多的环境中，难以满足越障运动的需要。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中存在的问题，提供一种能够实现越障运动，能够应用于障碍物较多的环境中的SMA线圈驱动的软体越障机器人。
本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：
一种SMA线圈驱动的软体越障机器人，包括可弯曲的长条状软体，所述长条状软体的上下两端均设有吸附装置，所述长条状软体的前侧壁上设有第一SMA线圈，所述长条状软体的后侧壁上设有第二SMA线圈，所述第一SMA线圈、第二SMA线圈均沿长条状软体的长度方向布置，所述长条状软体上设有协调控制驱动装置，所述吸附装置、第一SMA线圈、第二SMA线圈均与协调控制驱动装置信号连接。
所述长条状软体的前侧壁的外壁上、后侧壁的外壁上均设有沟槽。
所述第一SMA线圈、第二SMA线圈的数量均为两个。
所述吸附装置包括与长条状软体连接的吸盘，所述吸盘中水平设有膜片，所述膜片与吸盘固定连接，所述吸盘与膜片连接处的吸盘的内径小于膜片的直径，所述膜片将吸盘分为上下两部分，所述膜片的下侧为吸附腔，所述膜片的上侧设有第三SMA线圈，所述第三SMA线圈的底部设有与膜片连接的柱塞。
所述长条状软体由硅胶3D打印成型。
对比现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明利用SMA线圈通电受热后收缩的特性，当第一SMA线圈通电、第二SMA线圈不通电时，第一SMA线圈收缩，第二SMA线圈的长度不变，使得长条状软体的前后两侧受力不平衡，开始向前侧弯曲；当第二SMA线圈通电、第一SMA线圈不通电时，第二SMA线圈收缩，第一SMA线圈的长度不变，使得长条状软体的前后两侧受力不平衡，开始向后侧弯曲。通过第一SMA线圈、第二SMA线圈与上下两端的吸附装置相配合，能够实现越障运动。具体过程为：在最初状态，协调控制驱动装置控制长条状软体下端的吸附装置工作，下端的吸附装置吸附在接触表面，此时本发明直立在地表面上，然后对第一SMA线圈通电、第二SMA线圈不通电时，第一SMA线圈收缩，第二SMA线圈的长度不变，使得长条状软体向前侧弯曲，随着通电时间的变长，长条状软体弯曲逐渐增大，直到长条状软体上端的吸附装置接触到新的地表面，此时，再控制上端的吸附装置工作，上端的吸附装置吸附在新的地表面上，然后控制下端的吸附装置解除接触吸附状态，再对第一SMA线圈断电，由于SMA线圈具有记忆功能，第一SMA线圈能够伸长到通电之前的状态，长条状软体逐步伸直，直到完全直立于新的接触表面，完成一个翻转越障周期，能够应用于障碍物较多的环境中。
附图说明
附图1是本发明的结构示意图；
附图2是长条状软体的结构示意图；
附图3是吸附装置的结构示意图；
附图4是本发明的一个翻转越障周期示意图。
附图中标号：1、长条状软体；2、吸附装置；3、第一SMA线圈；4、第二SMA线圈；5、沟槽；6、吸盘；7、膜片；8、吸附腔；9、第三SMA线圈；10、柱塞。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。
如附图1所示，将长条状软体1的上端定义为本发明的上端，将长条状软体1的下端定义为本发明的下端，同时，将长条状软体1的右侧定义为本发明的前侧，将长条状软体1的左侧定义为本发明的后侧。
本发明所述是一种SMA线圈驱动的软体越障机器人，包括可弯曲的长条状软体1，长条状软体1的横截面可为圆形也可为方形，优选为圆形。所述长条状软体1的上下两端均设有吸附装置2，吸附装置2可直接采用可采用电动控制的吸盘，也可采用其他能够进行控制的吸附装置。所述长条状软体1的前侧壁上设有第一SMA线圈3，所述长条状软体1的后侧壁上设有第二SMA线圈4，所述第一SMA线圈3、第二SMA线圈4均沿长条状软体1的长度方向布置，且所述第一SMA线圈3、第二SMA线圈4的长度与长条状软体1的长度相适应，第一SMA线圈3、第二SMA线圈4的两端可通过螺丝或卡扣固定在长条状软体1上，所述长条状软体1上设有协调控制驱动装置，所述吸附装置2、第一SMA线圈3、第二SMA线圈4均与协调控制驱动装置信号连接，利用协调控制驱动装置控制吸附装置2、第一SMA线圈3、第二SMA线圈4的工作。
进一步的，为了便于长条形软体的弯曲，所述长条状软体1的前侧壁的外壁上、后侧壁的外壁上均设有若干个沟槽5，沟槽5可在长条状软体1上对称布置，能够降低长条状软体1的刚度，便于长条状软体的弯曲。
进一步的，为了本发明运行的稳定性，所述第一SMA线圈3、第二SMA线圈4的数量均为两个。
进一步的，为了便于对吸附装置的控制，所述吸附装置2包括与长条状软体1连接的吸盘6，吸盘6的开口端远离长条状本体1，另一端可直接粘接在长条状软体1的端部，所述吸盘6中水平设有膜片7，所述膜片7与吸盘6固定连接，所述吸盘6与膜片7连接处的吸盘6的内径小于膜片7的直径，膜片7在自然状态下呈下凹状，所述膜片7将吸盘6分为上下两部分，所述膜片7的下侧为吸附腔8，所述膜片7的上侧设有第三SMA线圈9，所述第三SMA线圈9的底部设有与膜片7连接的柱塞10，吸盘6与地表面接触后，当第三SMA线圈9通电时，第三SMA线圈9收缩，带动柱塞10上移，拉动膜片7，使膜片7由下凹状变为上凸状，使得吸附腔8的体积增大，在吸附腔8内产生负压，从而使吸盘吸附在接触表面，当第三SMA线圈9断电后，由于其记忆功能，第三SMA线圈9伸长，带动膜片7下移，吸附腔8中的负压消失，吸盘6与接触表面脱离，便于吸盘的控制。
为了便于本发明的制作，所述长条状软体1由硅胶3D打印成型，可采用硅胶材质，便于弯曲，在打印时，可直接预留用于安装第一SMA线圈3、第二SMA线圈4的安装孔，可直接预留四个安装孔，将四个安装孔分为两组，组与组前后对称，将第一SMA线圈3、第二SMA线圈4安装到相应的安装孔中后，通过螺丝或卡扣将第一SMA线圈3、第二SMA线圈4的端部固定在长条状软体1上。
本发明的具体工作过程如下：在最初状态，首先协调控制驱动装置控制长条状软体下端的吸附装置2工作，下端的吸附装置2中的第三SMA线圈9通电，第三SMA线圈9收缩，带动柱塞10上移，拉动与之相连的膜片7，使膜片7由下凹状变为上凸状，使得吸附腔8的体积增大，在吸附腔8内产生负压，从而使吸盘吸附在接触表面，下端的吸附装置牢牢的吸附在接触表面，上端的吸附装置不通电，此时本发明直立在地表面上，然后对第一SMA线圈3通电、第二SMA线圈4不通电时，第一SMA线圈3收缩，第二SMA线圈4的长度不变，使得长条状软体1受力不平衡，开始向前弯曲，随着通电时间的变长，长条状软体1弯曲逐渐增大，直到长条状软体1上端的吸附装置2接触到新的地表面，此时，再控制上端的吸附装置2工作，上端的吸附装置2吸附在新的地表面上，然后控制下端的吸附装置2断电，以解除接触吸附状态，再对第一SMA线圈3断电，由于SMA线圈具有记忆功能，第一SMA线圈3能够伸长到通电之前的状态，长条状软体1逐步伸直，直到完全直立于新的接触表面，此时，本发明完成一个翻转越障周期，能够应用于障碍物较多的环境中。
Claims (5)
1.一种SMA线圈驱动的软体越障机器人，其特征在于：包括可弯曲的长条状软体(1)，所述长条状软体(1)的上下两端均设有吸附装置(2)，所述长条状软体(1)的前侧壁上设有第一SMA线圈(3)，所述长条状软体(1)的后侧壁上设有第二SMA线圈(4)，所述第一SMA线圈(3)、第二SMA线圈(4)均沿长条状软体(1)的长度方向布置，所述长条状软体(1)上设有协调控制驱动装置，所述吸附装置(2)、第一SMA线圈(3)、第二SMA线圈(4)均与协调控制驱动装置信号连接。
2.根据权利要求1所述的一种SMA线圈驱动的软体越障机器人，其特征在于：所述长条状软体(1)的前侧壁的外壁上、后侧壁的外壁上均设有沟槽(5)。
3.根据权利要求1所述的一种SMA线圈驱动的软体越障机器人，其特征在于：所述第一SMA线圈(3)、第二SMA线圈(4)的数量均为两个。
4.根据权利要求1所述的一种SMA线圈驱动的软体越障机器人，其特征在于：所述吸附装置(2)包括与长条状软体(1)连接的吸盘(6)，所述吸盘(6)中水平设有膜片(7)，所述膜片(7)与吸盘(6)固定连接，所述吸盘(6)与膜片(7)连接处的吸盘(6)的内径小于膜片(7)的直径，所述膜片(7)将吸盘(6)分为上下两部分，所述膜片(7)的下侧为吸附腔(8)，所述膜片(7)的上侧设有第三SMA线圈(9)，所述第三SMA线圈(9)的底部设有与膜片(7)连接的柱塞(10)。
5.根据权利要求1所述的一种SMA线圈驱动的软体越障机器人，其特征在于：所述长条状软体(1)由硅胶3D打印成型。
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