CN110774292B - 一种仿生软体翻滚机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种仿生软体翻滚机器人，包括正三棱柱形壳体，正三棱柱形壳体包括第一侧面、第二侧面及第三侧面，正三棱柱形壳体内设有与外界连通的气动软体弯曲驱动机构，所述气动软体弯曲驱动机构通过充气和放气使正三棱柱形壳体的三个侧面按照次序进行弯曲变形；第一侧面通过充气产生向内的小程度弯曲变形，第二侧面和所述第三侧面通过充气产生向内的大程度弯曲变形，使正三棱柱形壳体的前、后棱边收拢，在重力的作用下产生翻滚运动，第二侧面和第三侧面通过放气恢复初始形状，第一侧面通过放气恢复初始形状，完成一个周期的翻滚运动。本发明仿生软体翻滚机器人的三个侧面按照次序进行弯曲变形，实现翻滚运动，驱动简单有效。

Description

一种仿生软体翻滚机器人

技术领域

本发明涉及软体机器人技术领域，具体地，涉及一种仿生软体翻滚机器人。

背景技术

近年来，软体机器人逐渐成为机器人技术领域的热点研究对象，相对于传统的刚性机器人，软体机器人具有很好的柔性，不需要复杂的控制算法，便可以实现对环境和操作对象的自适应，而且能够避免碰撞引起的人体伤害以及物品和机器人损坏，在空间探测、医疗等领域有很大的应用前景。

软体移动机器人主要用于复杂环境(如深海、台阶、缝隙、管道等)的探测以及人体的内窥检查和药物引导，与传统的刚体移动机器人不同，软体移动机器人的结构和材料具有很高的柔性，使其对周围环境有很强的适应性，对人体基本不会造成伤害，而且软体移动机器人的材料具有自驱动性，使其能够设计并制作成很小的尺寸，用于医疗领域。

软体移动机器人的关键技术主要包括软体材料、驱动方式、构型设计和移动形态四个方面。

经检索相关文献可知，目前用于软体移动机器人的软体材料及驱动方式主要有：基于硅橡胶材料的气动驱动、基于纺织材料的气动驱动(气动人工肌肉)、基于鲍登线或形状记忆合金的线拉式驱动、基于微粒阻滞效应的刚柔转换驱动、基于导电聚合物的变形驱动等。目前软体移动机器人的构型和移动形态大多以仿生为主，主要有：翻滚(仿车轮蜘蛛、刺猬)、爬行(仿尺蠖、蚯蚓、蛇)、跳跃(仿青蛙、跳蚤)、行走(仿多足哺乳动物)、游泳(仿鱼、水母、蝠喷)、飞行(仿鸟、蜻蜓)等。相关研究主要有：美国哈佛大学Whitesides团队的四足气动软体爬行机器人和仿蜘蛛气动关节式软体爬行机器人，美国麻省理工学院Andrew等人的仿鱼游泳软体机器人和Cagdas等人的仿蛇爬行软体机器人，美国塔夫茨大学Trimmer等人的仿尺蠖爬行和翻滚软体机器人，日本立命馆大学Yuuta等人的球形翻滚和跳跃软体机器人，德国Festo公司的仿鸟扑翼飞行机器人，德国马克斯普朗克智能系统研究所Wenqi Hu等人的磁驱动微型软体机器人等。

其中软体翻滚机器人相比其他软体移动机器人具有运动速度快和运动效率高的优点。目前的软体翻滚机器人采用了比较多的软体驱动器，增大了体积和重量，同时使软体翻滚机器人的运动受到了更多动力线和信号线的限制；目前的软体翻滚机器人大都采用轮式构型，虽然能够获得比较平滑的运动，但其运动稳定性比较差，特别是在凹凸不平的路面运动时，容易受到重力和自身惯性的影响，偏离期望的运动轨迹。

经检索发现，公开号为CN105965518A的中国专利，公开了一种软体环形翻滚机器人，包括主运动环、摩擦带、四个弹性元件、隔离器、传感器、继电器、控制系统和电源，其中：摩擦带套在主运动环外侧，作为机器人运动部分；四个弹性元件通过绝缘螺栓与主运动环连接；隔离器位于主运动环腔内各弹性元件交汇处，用于阻隔各个弹性元件以避免相互缠绕；传感器贴在主运动环内壁，并处于第一弹性元件与主运动环连接点正下方；传感器通过导线与控制系统相连；继电器一端通过导线与四个弹性元件及电源构成回路，另一端与控制系统相连；控制系统与电源相连。通过弹性元件的交替伸缩，实现软体环形机器人的翻滚前进。

但是上述专利存在以下不足：采用了相对较多的软体驱动器(4个)，即弹性元件，增大了机器人的体积和重量；驱动系统复杂，较多的动力线和信号线限制了机器人的翻滚运动；采用了轮式构型，虽然能够获得比较平滑的运动，但其运动稳定性比较差，特别是在凹凸不平的路面运动时，容易受到重力和自身惯性的影响，偏离期望的运动轨迹。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供提供一种仿生软体翻滚机器人。

根据本发明提供一种仿生软体翻滚机器人，包括一正三棱柱形壳体，正三棱柱形壳体包括第一侧面、第二侧面及第三侧面，所述正三棱柱形壳体内设有与外界连通的气动软体弯曲驱动机构，所述气动软体弯曲驱动机构通过充气和放气使所述正三棱柱形壳体的三个侧面按照次序进行弯曲变形；其中，

所述第一侧面通过充气产生向内的小程度弯曲变形，所述第二侧面和所述第三侧面通过充气产生向内的大程度弯曲变形，使所述正三棱柱形壳体的前、后棱边收拢，在重力的作用下产生翻滚运动，所述第二侧面和所述第三侧面通过放气恢复初始形状，所述第一侧面通过放气恢复初始形状，完成一个周期的翻滚运动，下一个翻滚运动周期与之相同，实现所述机器人的翻滚运动。

优选地，所述气动软体弯曲驱动机构包括第一气动软体弯曲驱动器、第二气动软体弯曲驱动器、第三气动软体弯曲驱动器、第一气动软管、第二气动软管、第三气动软管，其中：

所述第一气动软体弯曲驱动器设置于所述第一侧面的内表面上，所述第二气动软体弯曲驱动器设置于所述第二侧面的内表面上，所述第三气动软体弯曲驱动器设置于所述第三侧面的内表面上；

所述第一气动软体弯曲驱动器包括第一气囊，所述第一气囊的进气口和出气口连接所述第一气动软管一端，所述第一气动软管另一端用于接通外部气源或大气，实现所述第一气动软体弯曲驱动器的充气或放气；

所述第二气动软体弯曲驱动器包括第二气囊，所述第二气囊的进气口和出气口连接所述第二气动软管一端，所述第二气动软管的另一端连接用于接通外部气源或大气，实现所述第二气动软体弯曲驱动器的充气或放气；

所述第三气动软体弯曲驱动器包括第三气囊，所述第三气囊的进气口和出气口连接所述第三气动软管一端，所述第三气动软管的另一端用于接通外部气源或大气，实现所述第三气动软体弯曲驱动器的充气或放气；

通过向所述第一气动软体弯曲驱动器、所述第二气动软体弯曲驱动器和/或所述第三气动软体弯曲驱动器的充气和/或放气，使所述正三棱柱形壳体的三个侧面进行弯曲变形，以实现所述仿生软体翻滚机器人的翻滚运动。

上述结构中，述第一气动软体弯曲驱动器、所述第二气动软体弯曲驱动器和/或所述第三气动软体弯曲驱动器设置于所述正三棱柱形壳体的内侧面，使所述仿生软体翻滚机器人的每个侧面实现向内凹的弯曲变形。

优选地，所述第一气囊的结构为空心半圆柱形，通过向所述第一气动软体弯曲驱动器的所述第一气囊充气，使所述第一气动软体弯曲驱动器向其半圆柱侧平面的方向弯曲，通过对所述第一气囊放气使所述第一气动软体弯曲驱动器恢复初始形状。

优选地，所述第二气囊的结构为空心半圆柱形，通过向所述第二气动软体弯曲驱动器的所述第二气囊充气，使所述第二气动软体弯曲驱动器向其半圆柱侧平面的方向弯曲，通过对第二气囊放气使所述第二气动软体弯曲驱动器恢复初始形状。

优选地，所述第三气囊的结构为空心半圆柱形，通过向所述第三气动软体弯曲驱动器的所述第三气囊充气，使所述第三气动软体弯曲驱动器向其半圆柱侧平面的方向弯曲，通过对所述第三气囊放气使所述第三气动软体弯曲驱动器恢复初始形状。

优选地，所述第一气动软体弯曲驱动器的所述第一气囊的半圆柱侧平面设有柔性不可伸缩层，用以限制所述第一气动软体弯曲驱动器的伸长变形并增大弯曲变形。

优选地，所述第二气动软体弯曲驱动器的所述第二气囊的半圆柱侧平面设有柔性不可伸缩层，用以限制所述第二气动软体弯曲驱动器的伸长变形并增大弯曲变形；

优选地，所述第三气动软体弯曲驱动器的所述第三气囊的半圆柱侧平面设有柔性不可伸缩层，用以限制所述第三气动软体弯曲驱动器的伸长变形并增大弯曲变形。

优选地，所述第一气动软体弯曲驱动器的所述第一气囊的材料采用弹性纺织材料，所述柔性不可伸缩层设置于所述弹性纺织材料上。

优选地，所述第二气动软体弯曲驱动器的所述第二气囊的材料采用弹性纺织材料，所述柔性不可伸缩层设置于所述弹性纺织材料上。

优选地，所述第三气动软体弯曲驱动器的所述第三气囊的材料采用弹性纺织材料，所述柔性不可伸缩层设置于所述弹性纺织材料上。

优选地，所述第一气动软体弯曲驱动器的所述第一气囊内设有第一内芯，以确保所述第一气动软体弯曲驱动器的气密性；和/或所述第二气动软体弯曲驱动器的所述第二气囊内设有第二内芯，以确保所述第二气动软体弯曲驱动器气密性；和/或所述第三气动软体弯曲驱动器的所述第三气囊内设有第三内芯，以确保所述第三气动软体弯曲驱动器气密性。

优选地，所述第一气动软体弯曲驱动器与所述第一侧面的两个棱边垂直，所述第一气动软体弯曲驱动器的侧面粘贴于所述第一侧面的内表面上；所述第二气动软体弯曲驱动器与所述第二侧面的两个棱边垂直，所述第二气动软体弯曲驱动器的侧面粘贴于所述第二侧面的内表面上；所述第三气动软体弯曲驱动器与所述第三侧面的两个棱边垂直，所述第三气动软体弯曲驱动器的侧面粘贴于所述第三侧面的内表面上。

优选地，所述第一气动软体弯曲驱动器、所述第二气动软体弯曲驱动器和所述第三气动软体弯曲驱动器位于所述正三棱柱形壳体内的不同平面，避免所述第一气动软体弯曲驱动器、所述第二气动软体弯曲驱动器和所述第三气动软体弯曲驱动器之间相互干涉。

优选地，所述正三棱柱形壳体采用柔性材料，使所述第一侧面、所述第二侧面和/所述第三侧面在所述第一气动软体弯曲驱动器、所述第二气动软体弯曲驱动器和/所述第三气动软体弯曲驱动器的驱动下实现向内凹的弯曲变形。

优选地，所述正三棱柱形壳体的材料采用PVC薄片。

优选地，所述正三棱柱形壳体由矩形的所述PVC薄片沿两条平行边的折痕折叠形成，并在接合边处胶合以形成无底无盖的正三棱柱结构。

与现有技术相比，本发明具有至少如下一种的有益效果：

1、本发明上述机器人中采用正三棱柱构型，提高了仿生软体翻滚机器人的翻滚运动的稳定性。

2、本发明通过仿生软体翻滚机器人的三个侧面按照一定的次序进行弯曲变形，实现翻滚运动，驱动简单有效。

3、本发明只采用了三个气动软体弯曲驱动器，大大减小了仿生软体翻滚机器人的体积和重量，减少了动力线数目及其对翻滚运动的限制。

4、本发明通过采用全柔性的材料，增强了所述仿生软体翻滚机器人对复杂环境的适应性以及应用于医疗的安全性。

5、本发明上述机器人具有驱动器少、驱动简单、体积小、重量轻、柔性高、安全性和稳定性好等优点，适用于复杂地形探测和人体内窥检查等场合。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1a为本发明一优选实施例的整体结构示意图；

图1b为图1a的侧视图：

图中：1A为第一气动软体弯曲驱动器，1B为第二气动软体弯曲驱动器，1C为第三气动软体弯曲驱动器，2A为第一气动软管，2B为第二气动软管，2C为第三气动软管，3为正三棱柱形壳体；

图2a为本发明一优选实施例的第一气动软体弯曲驱动器1A、第二气动软体弯曲驱动器1B或第三气动软体弯曲驱动器1C的结构示意图；

图2b为图2a中A-A处剖面图；

图中：1-1为不可伸缩层，1-2为弹性纺织层，1-3为内芯；

图3为本发明一优选实施例的翻滚运动过程示意图；

图中：a)箭头表示为运动方向，b)箭头表示为翻滚。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

参照图1a、1b所示，本发明一实施例的仿生软体翻滚机器人结构示意图，其中机器人包括一正三棱柱形壳体3，正三棱柱形壳体3内设有与外界连通的气动软体弯曲驱动机构，通过充气和放气使正三棱柱形壳体3的三个侧面按照次序进行弯曲变形；三个侧面分别为第一侧面、第二侧面及第三侧面，其中第一侧面通过充气产生向内的小程度弯曲变形，第二侧面和第三侧面通过充气产生向内的大程度弯曲变形，使正三棱柱形壳体3的前、后棱边收拢，在重力的作用下产生翻滚运动，第二侧面和第三侧面通过放气恢复初始形状，第一侧面通过放气恢复初始形状，完成一个周期的翻滚运动，下一个翻滚运动周期与之相同，实现机器人的翻滚运动。

作为一优选的实施方式，参照图1a、1b所示，图中气动软体弯曲驱动机构包括：第一气动软体弯曲驱动器1A、第二气动软体弯曲驱动器1B、第三气动软体弯曲驱动器1C、第一气动软管2A、第二气动软管2B、第三气动软管2C；正三棱柱形壳体3包括三个侧面，分别为第一侧面、第二侧面和第三侧面；第一气动软体弯曲驱动器1A设置于第一侧面的内表面上，第二气动软体弯曲驱动器1B设置于所述第二侧面的内表面上，第三气动软体弯曲驱动器1C设置于第三侧面的内表面上。

第一气动软体弯曲驱动器1A包括第一气囊，第一气囊的进气口和出气口连接第一气动软管2A一端，第一气动软管2A另一端用于接通外部气源或大气，实现第一气动软体弯曲驱动器1A的充气或放气；作为一优选实施方式，进气口和出气口为同一口，使结构简单。

第二气动软体弯曲驱动器1B包括第二气囊，第二气囊的进气口和出气口连接第二气动软管2B一端，第二气动软管2B的另一端连接用于接通外部气源或大气，实现第二气动软体弯曲驱动器1B的充气或放气；作为一优选实施方式，进气口和出气口为同一口，使结构简单。

第三气动软体弯曲驱动器1C包括第三气囊，第三气囊的进气口和出气口连接第三气动软管2C一端，第三气动软管2C的另一端用于接通外部气源或大气，实现第三气动软体弯曲驱动器1C的充气或放气；作为一优选实施方式，进气口和出气口为同一口，使结构简单。

通过向第一气动软体弯曲驱动器1A、第二气动软体弯曲驱动器1B和/或第三气动软体弯曲驱动器1C的充气和/或放气，使正三棱柱形壳体3的三个侧面进行弯曲变形，以实现仿生软体翻滚机器人的翻滚运动。第一气动软体弯曲驱动器1A、第二气动软体弯曲驱动器1B和第三气动软体弯曲驱动器1C用于驱动正三棱柱形壳体3的三个侧面按照一定的次序进行弯曲变形，以实现仿生软体翻滚机器人的翻滚运动。仿生软体翻滚机器人采用了比目前软体移动机器人更少的驱动器，通过最简单的结构实现有效的翻滚运动；仿生软体翻滚机器人采用了较少的气动软管，从而减小了气动软管对翻滚运动的限制。

上述结构中将第一气动软体弯曲驱动器1A、第二气动软体弯曲驱动器1B和第三气动软体弯曲驱动器1C分别设置于正三棱柱形壳体3的三个侧面的内表面上，相比安装在侧面的外表面更节省空间，从而减小仿生软体翻滚机器人的总体尺寸。

在具体实施时，将第一气动软管2A、第二气动软管2B和第三气动软管2C的一端分别插于第一气动软体弯曲驱动器1A、第二气动软体弯曲驱动器1B和第三气动软体弯曲驱动器1C的一端，用于连接外部气源或大气以实现气动软体弯曲驱动器的充气或放气。

作为一优选的实施方式，第一气动软体弯曲驱动器1A的第一气囊的结构为空心半圆柱形，因为空心半圆柱形有一个平面，可以更好地贴合在正三棱柱壳体上，通过向第一气动软体弯曲驱动器1A的第一气囊充气，使第一气动软体弯曲驱动器1A向其半圆柱侧平面的方向弯曲，通过对第一气囊放气使第一气动软体弯曲驱动器1A恢复初始形状；

第二气囊的结构为空心半圆柱形，因为空心半圆柱形有一个平面，可以更好地贴合在正三棱柱壳体上，通过向第二气动软体弯曲驱动器1B的第二气囊充气，使第二气动软体弯曲驱动器1B向其半圆柱侧平面的方向弯曲，通过对第二气囊放气使第二气动软体弯曲驱动器1B恢复初始形状；

第三气囊的结构为空心半圆柱形，因为空心半圆柱形有一个平面，可以更好地贴合在正三棱柱壳体上，通过向第三气动软体弯曲驱动器1C的第三气囊充气，使第三气动软体弯曲驱动器1C向其半圆柱侧平面的方向弯曲，通过对第三气囊放气使第三气动软体弯曲驱动器1C恢复初始形状。

第一气动软体弯曲驱动器1A、第二气动软体弯曲驱动器1B和第三气动软体弯曲驱动器1C的结构相同，第一气动软管2A、第二气动软管2B和第三气动软管2C的结构相同。

作为一优选的实施方式，在其他实施例中，第一气动软体弯曲驱动器1A的第一气囊的半圆柱侧平面设有柔性不可伸缩层1-1，用以限制第一气动软体弯曲驱动器1A的伸长变形并增大弯曲变形，当向第一气动软体弯曲驱动器1A的第一气囊充气，第一气动软体弯曲驱动器1A向设有柔性不可伸缩层1-1的一侧弯曲。在具体实施时柔性不可伸缩层1-1可以采用不可伸缩纺织材料，例如棉麻布料等，将其通过粘结剂附着在气囊上。

第二气动软体弯曲驱动器1B的第二气囊的半圆柱侧平面设有柔性不可伸缩层1-1，用以限制第二气动软体弯曲驱动器1B的伸长变形并增大弯曲变形，当向第二气动软体弯曲驱动器1B的第二气囊充气，第二气动软体弯曲驱动器1B向设有柔性不可伸缩层1-1的一侧弯曲。

第三气动软体弯曲驱动器1C的第三气囊的半圆柱侧平面设有柔性不可伸缩层1-1，用以限制第三气动软体弯曲驱动器1C的伸长变形并增大弯曲变形，当向第三气动软体弯曲驱动器1C的第三气囊充气，第三气动软体弯曲驱动器1C向设有柔性不可伸缩层1-1的一侧弯曲。

作为一优选的实施方式，在其他实施例中，第一气动软体弯曲驱动器1A的第一气囊的材料采用弹性纺织材料，在具体实施时弹性纺织材料可以选用类似松紧带的纺织材料。柔性不可伸缩层1-1设置于弹性纺织层1-2上；第二气动软体弯曲驱动器1B的第二气囊的材料采用弹性纺织材料，柔性不可伸缩层1-1设置于弹性纺织层1-2上；第三气动软体弯曲驱动器1C的第三气囊的材料采用弹性纺织材料，柔性不可伸缩层1-1设置于弹性纺织层1-2上。

作为一优选的实施方式，在其他实施例中，正三棱柱形壳体3采用柔性材料，使第一侧面、第二侧面和/第三侧面在第一气动软体弯曲驱动器1A、第二气动软体弯曲驱动器1B和/第三气动软体弯曲驱动器1C的驱动下实现向内凹的弯曲变形。正三棱柱形壳体3的材料采用PVC薄片；正三棱柱形壳体3由矩形的所述PVC薄片沿两条平行边的折痕折叠形成，并在接合边处胶合以形成无底无盖的正三棱柱结构。

作为一优选的实施方式，在其他实施例中，第一气动软体弯曲驱动器1A与第一侧面的两个棱边垂直，第一气动软体弯曲驱动器1A的侧面粘贴于第一侧面的内表面上；第二气动软体弯曲驱动器1B与第二侧面的两个棱边垂直，第二气动软体弯曲驱动器1B的侧面粘贴于第二侧面的内表面上；第三气动软体弯曲驱动器1C与第三侧面的两个棱边垂直，第三气动软体弯曲驱动器1C的侧面粘贴于第三侧面的内表面上。第一气动软体弯曲驱动器1A、第二气动软体弯曲驱动器1B和第三气动软体弯曲驱动器1C位于正三棱柱形壳体3内的不同平面，避免第一气动软体弯曲驱动器1A、第二气动软体弯曲驱动器1B和第三气动软体弯曲驱动器1C之间相互干涉。

在具体实施时，将第一气动软体弯曲驱动器1A的安装方向垂直于正三棱柱形壳体3的第一侧面的两个棱边；将第二气动软体弯曲驱动器1B安装方向垂直于正三棱柱形壳体3的第二侧面的两个棱边；将第三气动软体弯曲驱动器1C安装方向垂直于正三棱柱形壳体3的第三侧面的两个棱边；并将安装位置相互错开一定的距离，以避免第一气动软体弯曲驱动器1A、第二气动软体弯曲驱动器1B以及第三气动软体弯曲驱动器1C之间的相互干涉。

作为一优选的实施方式，在其他实施例中，第一气动软体弯曲驱动器1A的第一气囊内设有第一内芯，以确保第一气动软体弯曲驱动器1A的气密性；和/或第二气动软体弯曲驱动器1B的第二气囊内设有第二内芯，以确保第二气动软体弯曲驱动器1B气密性；和/或第三气动软体弯曲驱动器1C的第三气囊内设有第三内芯，以确保第三气动软体弯曲驱动器1C气密性。

在一具体实施例中，如图2a、图2b所示，为第一气动软体弯曲驱动器1A、第二气动软体弯曲驱动器1B或第三气动软体弯曲驱动器1C的结构示意图，第一气动软体弯曲驱动器1A、第二气动软体弯曲驱动器1B或第三气动软体弯曲驱动器1C包括不可伸缩层1-1、弹性纺织材料1-2、内芯1-3；其中，第一气动软体弯曲驱动器1A、第二气动软体弯曲驱动器1B和第三气动软体弯曲驱动器1C均为由弹性纺织材料1-2组成的单气囊结构的半圆柱形弯曲驱动器，且气囊内均有一内芯1-3以保证气密性。第一气动软体弯曲驱动器1A、第二气动软体弯曲驱动器1B和第三气动软体弯曲驱动器1C采用纺织材料，因此具有柔性好、质量轻和强度高的优点，能够增强所述仿生软体翻滚机器人的柔顺性和安全性、减轻机器人重量并提高机器人的充气压力和弯曲变形量。第一气动软体弯曲驱动器1A、第二气动软体弯曲驱动器1B和第三气动软体弯曲驱动器1C可以实现单向弯曲，当向第一气动软体弯曲驱动器1A的第一气囊、第二气动软体弯曲驱动器1B的第二气囊或第三气动软体弯曲驱动器1C的第三气囊充气时，第一气动软体弯曲驱动器1A、第二气动软体弯曲驱动器1B或第三气动软体弯曲驱动器1C向不可伸缩层1-1的一侧弯曲，不可伸缩层1-1用于限制第一气动软体弯曲驱动器1A、第二气动软体弯曲驱动器1B或第三气动软体弯曲驱动器1C的伸长变形并增大弯曲变形。

作为一优选实施例，正三棱柱形壳体3的三个侧面按照一定的次序进行弯曲变形，实现仿生软体翻滚机器人的翻滚运动。

如图3中所示，为仿生软体翻滚机器人的翻滚运动过程示意图，包括六个状态①、②、③、④、⑤、⑥和五个过程①-②、②-③、③-④、④-⑤、⑤-⑥。

仿生软体翻滚机器人的翻滚运动通过三个侧面按一定次序的弯曲变形来实现，即①-②为第一气动软体弯曲驱动器1A通过充气产生向内的小程度弯曲变形,②-③为第三气动软体弯曲驱动器1C通过充气产生向内的大程度弯曲变形，使仿生软体翻滚机器人的前、后棱边收拢，③-④为仿生软体翻滚机器人在重力的作用下产生翻滚运动，④-⑤为第三气动软体弯曲驱动器1C通过放气恢复初始形状，⑤-⑥为第一气动软体弯曲驱动器1A通过放气恢复初始形状，仿生软体翻滚机器人完成一个周期的翻滚运动，下一个翻滚运动周期与之相同。这种依靠侧面按次序弯曲变形实现的三棱柱型翻滚运动，能够使仿生软体翻滚机器人在每个运动阶段都保持很好的稳定性，而且驱动简单。

本发明具有驱动器少、驱动简单、体积小、重量轻、柔性高、安全性和稳定性好等优点，能够适应特殊环境下的空间探测，例如狭小空间的地形检测以及医疗领域的内窥检查。

以上是本发明中的优选结构设计，当然在其他实施例中，各个优选结构可以单独使用，在互相不冲突的前提下，也可以任意组合使用，组合使用时效果会更好。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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，仅是为了便于本发明简化描述，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。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种仿生软体翻滚机器人，其特征在于，包括一正三棱柱形壳体，所述正三棱柱形壳体包括第一侧面、第二侧面及第三侧面，所述正三棱柱形壳体内设有与外界连通的气动软体弯曲驱动机构，所述气动软体弯曲驱动机构通过充气和放气使所述正三棱柱形壳体的三个侧面按照次序进行弯曲变形；其中，

所述第一侧面通过充气产生向内的小程度弯曲变形，所述第二侧面和所述第三侧面通过充气产生向内的大程度弯曲变形，使所述正三棱柱形壳体的前、后棱边收拢，在重力的作用下产生翻滚运动，所述第二侧面和所述第三侧面通过放气恢复初始形状，所述第一侧面通过放气恢复初始形状，完成一个周期的翻滚运动，下一个翻滚运动周期与之相同，实现所述机器人的翻滚运动。

2.根据权利要求1所述的一种仿生软体翻滚机器人，其特征在于，所述气动软体弯曲驱动机构包括第一气动软体弯曲驱动器、第二气动软体弯曲驱动器、第三气动软体弯曲驱动器、第一气动软管、第二气动软管、第三气动软管；其中：

所述第一气动软体弯曲驱动器设置于所述第一侧面的内表面上，所述第二气动软体弯曲驱动器设置于所述第二侧面的内表面上，所述第三气动软体弯曲驱动器设置于所述第三侧面的内表面上；

所述第一气动软体弯曲驱动器包括第一气囊，所述第一气囊的进气口和出气口分别连接所述第一气动软管一端，所述第一气动软管另一端用于接通外部气源或大气，实现所述第一气动软体弯曲驱动器的充气或放气；

所述第二气动软体弯曲驱动器包括第二气囊，所述第二气囊的进气口和出气口连接所述第二气动软管一端，所述第二气动软管的另一端连接用于接通外部气源或大气，实现所述第二气动软体弯曲驱动器的充气或放气；

所述第三气动软体弯曲驱动器包括第三气囊，所述第三气囊的进气口和出气口连接所述第三气动软管一端，所述第三气动软管的另一端用于接通外部气源或大气，实现所述第三气动软体弯曲驱动器的充气或放气；

通过向所述第一气动软体弯曲驱动器、所述第二气动软体弯曲驱动器和/或所述第三气动软体弯曲驱动器的充气和/或放气，使所述正三棱柱形壳体的三个侧面进行弯曲变形，以实现所述仿生软体翻滚机器人的翻滚运动。

3.根据权利要求2所述的一种仿生软体翻滚机器人，其特征在于，所述第一气囊的结构为空心半圆柱形，通过向所述第一气动软体弯曲驱动器的所述第一气囊充气，使所述第一气动软体弯曲驱动器向其半圆柱侧平面的方向弯曲，通过对所述第一气囊放气使所述第一气动软体弯曲驱动器恢复初始形状；

所述第二气囊的结构为空心半圆柱形，通过向所述第二气动软体弯曲驱动器的所述第二气囊充气，使所述第二气动软体弯曲驱动器向其半圆柱侧平面的方向弯曲，通过对第二气囊放气使所述第二气动软体弯曲驱动器恢复初始形状；

所述第三气囊的结构为空心半圆柱形，通过向所述第三气动软体弯曲驱动器的所述第三气囊充气，使所述第三气动软体弯曲驱动器向其半圆柱侧平面的方向弯曲，通过对所述第三气囊放气使所述第三气动软体弯曲驱动器恢复初始形状。

4.根据权利要求3所述的一种仿生软体翻滚机器人，其特征在于，所述第一气动软体弯曲驱动器的所述第一气囊的半圆柱侧平面设有柔性不可伸缩层，用以限制所述第一气动软体弯曲驱动器的伸长变形并增大弯曲变形；

所述第二气动软体弯曲驱动器的所述第二气囊的半圆柱侧平面设有柔性不可伸缩层，用以限制所述第二气动软体弯曲驱动器的伸长变形并增大弯曲变形；

所述第三气动软体弯曲驱动器的所述第三气囊的半圆柱侧平面设有柔性不可伸缩层，用以限制所述第三气动软体弯曲驱动器的伸长变形并增大弯曲变形。

5.根据权利要求4所述的一种仿生软体翻滚机器人，其特征在于，所述第一气动软体弯曲驱动器的所述第一气囊的材料采用弹性纺织材料，所述柔性不可伸缩层设置于所述弹性纺织材料上；

所述第二气动软体弯曲驱动器的所述第二气囊的材料采用弹性纺织材料，所述柔性不可伸缩层设置于所述弹性纺织材料上；

所述第三气动软体弯曲驱动器的所述第三气囊的材料采用弹性纺织材料，所述柔性不可伸缩层设置于所述弹性纺织材料上。

6.根据权利要求3所述的一种仿生软体翻滚机器人，其特征在于，所述第一气动软体弯曲驱动器的所述第一气囊内设有第一内芯，以确保所述第一气动软体弯曲驱动器的气密性；

所述第二气动软体弯曲驱动器的所述第二气囊内设有第二内芯，以确保所述第二气动软体弯曲驱动器气密性；

所述第三气动软体弯曲驱动器的所述第三气囊内设有第三内芯，以确保所述第三气动软体弯曲驱动器气密性。

7.根据权利要求3所述的一种仿生软体翻滚机器人，其特征在于，所述第一气动软体弯曲驱动器与所述第一侧面的两个棱边垂直，所述第一气动软体弯曲驱动器的侧面粘贴于所述第一侧面的内表面上；所述第二气动软体弯曲驱动器与所述第二侧面的两个棱边垂直，所述第二气动软体弯曲驱动器的侧面粘贴于所述第二侧面的内表面上；所述第三气动软体弯曲驱动器与所述第三侧面的两个棱边垂直，所述第三气动软体弯曲驱动器的侧面粘贴于所述第三侧面的内表面上。

8.根据权利要求2所述的一种仿生软体翻滚机器人，其特征在于，所述第一气动软体弯曲驱动器、所述第二气动软体弯曲驱动器和所述第三气动软体弯曲驱动器位于所述正三棱柱形壳体内的不同平面，避免所述第一气动软体弯曲驱动器、所述第二气动软体弯曲驱动器和所述第三气动软体弯曲驱动器之间相互干涉。

9.根据权利要求2-8中任一项所述的一种仿生软体翻滚机器人，其特征在于，所述正三棱柱形壳体采用柔性材料，使所述第一侧面、所述第二侧面和/或所述第三侧面在所述第一气动软体弯曲驱动器、所述第二气动软体弯曲驱动器和/或所述第三气动软体弯曲驱动器的驱动下实现向内凹的弯曲变形。

10.根据权利要求9所述的一种仿生软体翻滚机器人，其特征在于，所述正三棱柱形壳体的具有以下一种或多种选择：

-所述正三棱柱形壳体的所述柔性材料为PVC薄片；

-所述正三棱柱形壳体由矩形的所述PVC薄片沿两条平行边的折痕折叠形成，并在接合边处胶合以形成无底无盖的正三棱柱结构。

Images