CN111688834A - 一种基于针织物致动器的仿尺蠖软体机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于针织物致动器的仿尺蠖软体机器人，其特征在于，包括主体复合致动器、锚定器和控制系统，主体复合致动器由第一主体致动器、第二主体致动器、第三主体致动器构成，锚定器包括前锚定器和后锚定器，锚定器由第一锚定致动器、第二锚定致动器、第三锚定致动器并排排列构成，主体致动器和锚定致动器均为具有纬平针组织的针织物并由一根连续的包覆纱针织而成，包覆纱以镍钛形状记忆合金丝为芯丝、以芳纶复丝为包缠纤维。本发明的仿尺蠖软体机器人不仅具有轻质和柔软的外表与体质，能够很好地应对外部冲击、穿越崎岖的地形和狭小的空间，同时具有良好的人机交互性与大变形能力。

Description

一种基于针织物致动器的仿尺蠖软体机器人

技术领域

本发明涉及一种基于针织物致动器的仿尺蠖软体机器人，属于机器人技术领域。

背景技术

尺蠖是一种具有柔软的身体、强健的肌肉和稳定的运动能力的尺蛾科爬虫，其利用躯干的形状变化使自身的长度产生变化，并配合上头端的前足与尾端的后足交替的锚定动作，实现其沿直线的间歇爬行运动。这种简单且有效的步态使仿尺蠖机器人在野外勘探、灾后救援、情报搜集等领域有着重要的应用前景。发表于Progress in Natural Science,2009,19,1821-1829的文献《Crawling gait realization of the mini-modularclimbing caterpillar robot》报道了一种由若干刚性模块经铰链连接构成的仿尺蠖机器人，相邻模块间的相对转动由微型伺服电机控制，机器人爬行过程中的锚定动作由消极式吸盘实现。这种由刚性构件构成的仿尺蠖机器人具有较高的功率与效率，动力性能强，但具有质量大、应对外部冲击能力差、地形与空间适应性差、人机友好性差等缺点。而自然界的动物通常都具有柔软、弹性的体质，通过对生物系统所具有的功能和作用机理进行模仿而制造出的从事生物特点工作、由软质材料制成的软体机器人轻质、柔软的结构和外表使其能够很好地应对外部冲击、穿越崎岖的地形和狭小的空间，并具有安全的人机交互性。针对仿尺蠖机器人在野外勘探、灾后救援、军事侦查、环境监测等领域巨大的应用前景，亟需设计一种具有柔软和轻质体质、地形与空间适应能力强的仿尺蠖软体机器人。

发明内容

本发明要解决的技术问题是仿尺蠖机器人应对外部冲击能力差、地形与空间适应性差、人机友好性差的问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供了一种基于针织物致动器的仿尺蠖软体机器人，包括主体复合致动器、锚定器和控制系统，所述主体复合致动器由第一主体致动器、第二主体致动器、第三主体致动器沿所述仿尺蠖软体机器人的宽度方向并排排列构成，第一主体致动器与第二主体致动器间留有少量间隙，第二主体致动器与第三主体致动器间留有少量间隙；所述主体致动器为具有纬平针组织的针织物，所述主体致动器由一根连续的包覆纱针织而成，所述包覆纱以镍钛形状记忆合金丝为芯丝、以芳纶复丝为包缠纤维；主体致动器的线圈纵行方向均沿所述仿尺蠖软体机器人的长度方向，第一主体致动器、第二主体致动器、第三主体致动器的长度相等且两端分别对齐排列；第一主体致动器和第三主体致动器的线圈反面朝向所述仿尺蠖软体机器人的背部，第二主体致动器的线圈反面朝向所述仿尺蠖软体机器人的腹部；第一主体致动器、第二主体致动器、第三主体致动器采用细铜线缝制在沿所述仿尺蠖软体机器人宽度方向取向且大致为等距离排列的若干根尼龙丝上；所述尼龙丝中位于主体复合致动器两端的尼龙丝的长度大于主体复合致动器的宽度，其余尼龙丝的长度与主体复合致动器的宽度大致接近；位于主体复合致动器两端的尼龙丝上对应于第一主体致动器、第二主体致动器、第三主体致动器的位置分别套有沿母线方向(尼龙丝方向)剖开的防护软管；所述锚定器包括前锚定器和后锚定器，所述前锚定器和后锚定器的结构相同，所述锚定器由第一锚定致动器、第二锚定致动器、第三锚定致动器沿所述仿尺蠖软体机器人的宽度方向并排排列构成，第一主体致动器与第二主体致动器间留有间隙，第二主体致动器与第三主体致动器间留有间隙；所述锚定致动器为具有纬平针组织的针织物，所述锚定致动器由一根连续的包覆纱针织而成，所述包覆纱以镍钛形状记忆合金丝为芯丝、以芳纶复丝为包缠纤维；锚定致动器的线圈纵行方向均沿所述仿尺蠖软体机器人的长度方向，第一锚定致动器、第二锚定致动器、第三锚定致动器的长度相等且两端分别对齐排列；第一锚定致动器和第三锚定致动器的线圈反面朝向所述仿尺蠖软体机器人的背部，第二锚定致动器的线圈反面朝向所述仿尺蠖软体机器人的腹部；第一锚定致动器、第二锚定致动器、第三锚定致动器采用细铜线缝制在沿所述仿尺蠖软体机器人宽度方向取向且等距离排列的第一尼龙丝、第二尼龙丝和第三尼龙丝上，所述第一尼龙丝和第三尼龙丝分别与锚定致动器的两端相连接，所述第二尼龙丝位于锚定致动器的中部；所述第二尼龙丝位于第一锚定致动器与第二锚定致动器以及第二锚定致动器与第三锚定致动器之间的部分下方分别固定有支撑软管；所述支撑软管的轴线与锚定致动器线圈纵行方向平行，所述支撑软管下方固定有若干表面较光滑的塑料球；所述第一尼龙丝与第三尼龙丝位于第一锚定致动器与第二锚定致动器以及第二锚定致动器与第三锚定致动器之间的部分上分别固定有硅胶块。

优选地，所述前锚定器位于主体复合致动器前端下方，后锚定器位于主体复合致动器后端下方，所述锚定器的宽度大于主体复合致动器的宽度，所述锚定器的对称中心线与主体复合致动器的对称中心线共线，所述第一锚定致动器和第三锚定致动器位于主体复合致动器外侧；锚定器上的第二尼龙丝上与第一锚定致动器和第三锚定致动器相对应的部分上方固定有连接软管，所述位于主体复合致动器两端的尼龙丝位于第一锚定致动器和第三锚定致动器上方的部分位于所述连接软管内部以形成转动副连接。

优选地，所述控制系统包括计算机、直流电源、微控制器、第一电压调节器、第二电压调节器、第三电压调节器、第四电压调节器、第一继电器、第二继电器、第三继电器、第四继电器、第五继电器和第六继电器，所述电压调节器的输入端与所述直流电源相连接；所述计算机利用串口通讯向所述微控制器上传控制程序并下达运行指令，微控制器运行控制程序向所述继电器输出控制信号，以控制所述各继电器的通断；所述第一主体致动器和第三主体致动器于主体复合致动器沿长度方向的一端引出的包覆纱末端分别引出裸露的形状记忆合金丝末端经接线端子合并后经导线与所述第一电压调节器的负极相连接，第二主体致动器于主体复合致动器沿长度方向的一端引出的包覆纱末端经导线与所述第二电压调节器的负极相连接；所述第一电压调节器的正极通过导线与第一继电器相连接，所述第二电压调节器的正极通过导线与第二继电器相连接，所述第一主体致动器和第三主体致动器于主体复合致动器沿长度方向的另一端引出的包覆纱末端分别引出裸露的形状记忆合金丝经接线端子合并后经导线与第一继电器相连接，第二主体致动器于主体复合致动器沿长度方向的另一端引出的包覆纱末端引出裸露的形状记忆合金丝经导线与第二继电器相相连接；所述接线端子位于所述防护软管内。所述前锚定器的第一锚定致动器、第二锚定致动器、第三锚定致动器于前锚定器沿长度方向的一端引出的包覆纱末端分别引出裸露的形状记忆合金丝末端经接线端子合并后经导线与第四电压调节器的负极相连接，所述后锚定器的第一锚定致动器、第二锚定致动器、第三锚定致动器于后锚定器沿长度方向的一端引出的包覆纱末端分别引出裸露的形状记忆合金丝末端经接线端子合并后经导线与第三电压调节器的负极相连接；所述第三电压调节器的正极通过导线与第三继电器和第四继电器相连接，所述第四电压调节器的正极通过导线与第五继电器和第六继电器相连接；所述前锚定器的第一锚定致动器和第三锚定致动器于前锚定器沿长度方向的另一端引出的包覆纱末端分别引出裸露的形状记忆合金丝经接线端子合并后经导线与第三继电器相连接，所述后锚定器的第一锚定致动器和第三锚定致动器于后锚定器沿长度方向的另一端引出的包覆纱末端分别引出裸露的形状记忆合金丝经接线端子合并后经导线与第四继电器相连接；所述前锚定器的第二锚定致动器于前锚定器沿长度方向的另一端引出的包覆纱末端引出裸露的形状记忆合金丝经导线与第五继电器相连接，所述后锚定器的第二锚定致动器于后锚定器沿长度方向的另一端引出的包覆纱末端引出裸露的形状记忆合金丝经导线与第六继电器相连接。

优选地，所述控制信号为高电平时，所述继电器的常开式开关闭合，所述直流电源与所述致动器形成回路，对所述致动器通电加热；当所述控制信号为低电平时，所述继电器的常开式开关保持断开，所述直流电源与所述致动器无法形成回路，所述致动器未被通电加热。

优选地，所述控制信号在所述仿尺蠖软体机器人的一个运动周期中的变换规律如下：

步骤1：第三继电器的控制信号为高电平，第三继电器的开关闭合，电流对前锚定器的第一锚定致动器和第三锚定致动器加热，使前锚定器的第一锚定致动器和第三锚定致动器致动，使前锚定器中部向上拱起，使前锚定器上的硅胶块接触地面而塑料球悬空并保持稳定；同时，第六继电器的控制信号为高电平，第六继电器的开关闭合，电流对后锚定器的第二锚定致动器加热，使后锚定器的第二锚定致动器致动，使后锚定器上的硅胶块悬空而塑料球接触地面并保持稳定；同时，其余继电器的控制信号为低电平。

步骤2：第一继电器的控制信号为高电平，第一继电器的开关闭合，电流对第一主体致动器和第三主体致动器加热，使第一主体致动器和第三主体致动器致动，同时，第三继电器和第六继电器的控制信号保持高电平，其余继电器的控制信号为低电平，使主体复合致动器中部向上拱起并拖动后锚定器向前滑动。

步骤3：所有继电器的控制信号为低电平，所有继电器的开关断开，所有致动器处于未致动状态，致动器冷却散热。

步骤4：第四继电器的控制信号为高电平，第四继电器的开关闭合，电流对后锚定器的第一锚定致动器和第三锚定致动器加热，使后锚定器的第一锚定致动器和第三锚定致动器致动，使后锚定器中部向上拱起，使后锚定器上的硅胶块接触地面而塑料球悬空并保持稳定；同时，第五继电器的控制信号为高电平，第五继电器的开关闭合，电流对前锚定器的第二锚定致动器加热，使前锚定器的第二锚定致动器致动，使前锚定器上的硅胶块悬空而塑料球接触地面并保持稳定；同时，其余继电器的控制信号为低电平。

步骤5：第二继电器的控制信号为高电平，第二继电器的开关闭合，电流对第二主体致动器加热，使第二主体致动器致动，同时，第四继电器和第五继电器的控制信号保持高电平，其余继电器的控制信号为低电平，使主体复合致动器伸直并推动前锚定器向前滑动。

步骤6：所有继电器的控制信号为低电平，所有继电器的开关断开，所有致动器处于未致动状态，致动器冷却散热，并准备进行下一个周期的运动。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

本发明通过利用以形状记忆合金丝为芯丝、外部包缠芳纶复丝的包覆纱经针织制成针织物致动器，基于针织物致动器制成仿尺蠖软体机器人，使仿尺蠖机器人不仅具有轻质和柔软的外表与体质，能够很好地应对外部冲击、穿越崎岖的地形和狭小的空间，同时具有良好的人机交互性与大变形能力。

附图说明

图1为本发明的仿尺蠖软体机器人结构的俯视图；

图2为本发明的仿尺蠖软体机器人结构的仰视图；

图3为本发明的主体复合致动器的结构示意图；

图4为本发明的第一主体致动器的线圈正面的结构示意图；

图5为本发明的第三主体致动器的线圈反面的结构示意图；

图6为本发明的前锚定器结构的俯视图；

图7为本发明的前锚定器的第一锚定致动器的线圈正面的结构示意图；

图8为本发明的前锚定器的第三锚定致动器的线圈反面的结构示意图；

图9为本发明的仿尺蠖软体机器人控制系统电路的示意图；

图10为本发明的仿尺蠖软体机器人控制信号的变换规律图；

图11为本发明的仿尺蠖软体机器人在一个运动周期中的形态变化示意图；

图12为本发明的仿尺蠖软体机器人在十个运动周期内的位移-时间曲线图。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

实施例

图1至图12示出了本发明的实施例。图1和图2示出了本实施例的仿尺蠖软体机器人22的主体结构，包括主体复合致动器41、前锚定器33和后锚定器26。如图1至3所示，主体复合致动器41由第一主体致动器3、第二主体致动器4和第三主体致动器5沿仿尺蠖软体机器人22的宽度方向并排排列构成。第一主体致动器3、第二主体致动器4和第三主体致动器5均为具有纬平针组织的针织物，并分别由一根连续的包覆纱1针织而成。第一主体致动器3和第三主体致动器5的长度均为80mm，宽度均为12mm，均由3个线圈纵行和32个线圈横列构成。图4示出了第一主体致动器3的线圈正面。图5示出了第三主体致动器5的线圈反面。第二主体致动器4的长度为80mm，宽度为18mm，由4个线圈纵行和30个线圈横列构成。第一主体致动器3、第二主体致动器4和第三主体致动器5的线圈纵行方向均沿仿尺蠖软体机器人22的长度方向且两端分别对齐排列。第一主体致动器3和第二主体致动器4之间、第二主体致动器4和第三主体致动器5之间均留有10mm间隙。第一主体致动器3和第三主体致动器5的线圈反面朝向仿尺蠖软体机器人22的背部，第二主体致动器4的线圈反面朝向仿尺蠖软体机器人22的腹部。包覆纱1以镍钛形状记忆合金丝32为芯丝、外围包缠芳纶复丝24，在本实施例中，镍钛形状记忆合金丝32直径为200μm，镍和钛在其中的质量百分比分别为50.4％和49.6％，镍钛形状记忆合金丝32的物理参数如表1所示；

表1

芳纶复丝24为Kevlar 1414，芳纶复丝24的物理参数如表2所示。

表2

在本实施例中，芳纶复丝24先以Z捻紧密包覆在镍钛形状记忆合金丝32外部，形成初级包覆纱42，随后再以S捻包覆在初级包覆纱42外部，形成具有双包覆层的包覆纱1。包覆纱1的平均直径为300μm。第一主体致动器3、第二主体致动器4、第三主体致动器5采用图中未示出的细铜线缝制在沿仿尺蠖软体机器人22宽度方向取向且大致为等距离排列的6根尼龙丝29上，尼龙丝的直径为2mm，图中未示出的细铜线的直径为0.15mm，主体复合致动器41的宽度为62mm。位于主体复合致动器41两端的尼龙丝30、43的长度为85mm，其余尼龙丝31、44、45、46的长度均为65mm。位于主体复合致动器41两端的尼龙丝30、43上对应于第一主体致动器3、第二主体致动器4、第三主体致动器5的位置分别套有沿母线方向剖开的防护软管23，防护软管23的外径为4mm，内径为3mm，防护软管23的材质为聚氨酯。

前锚定器33和后锚定器26的结构相同。以下以前锚定器33为例说明锚定器的结构。如图1、图2和图6所示，前锚定器33为第一锚定致动器6、第二锚定致动器7、第三锚定致动器8沿仿尺蠖软体机器人22的宽度方向并排排列构成。第一锚定致动器6、第二锚定致动器7、第三锚定致动器8均为具有纬平针组织的针织物，并分别由一根连续的包覆纱2针织而成。第一锚定致动器6和第三锚定致动器8的长度均为28mm，宽度均为12mm，均由3个线圈纵行和12个线圈横列构成。第二锚定致动器7的长度均为28mm，宽度为18mm，由4个线圈纵行和10个线圈横列构成。图7示出了前锚定器33的第一锚定致动器6的线圈正面。图8示出了前锚定器33的第三锚定致动器8的线圈反面。第一锚定致动器6、第二锚定致动器7、第三锚定致动器8的线圈纵行方向均沿仿尺蠖软体机器人22的长度方向且两端分别对齐排列。第一锚定致动器6和第二锚定致动器7之间、第二锚定致动器7和第三锚定致动器8之间均留有15mm间隙。第一锚定致动器6和第三锚定致动器8的线圈反面朝向仿尺蠖软体机器人22的背部，第二锚定致动器7的线圈反面朝向仿尺蠖软体机器人22的腹部。包覆纱2的结构和所用原料与构成主体复合致动器41的包覆纱1的结构和所用原料均相同。第一锚定致动器6、第二锚定致动器7、第三锚定致动器8采用图中未示出的细铜线缝制在沿仿尺蠖软体机器人22长度方向等距离排列的第一尼龙丝9、第二尼龙丝10和第三尼龙丝11上，第一尼龙丝9、第二尼龙丝10和第三尼龙丝11的直径均为2mm。其中，第一尼龙丝9与第一锚定致动器6、第二锚定致动器7、第三锚定致动器8的一端相连接，第三尼龙丝11与第一锚定致动器6、第二锚定致动器7、第三锚定致动器8的另一端相连接，第二尼龙丝10与第一锚定致动器6、第二锚定致动器7、第三锚定致动器8的中部相连接。第二尼龙丝10位于第一锚定致动器6与第二锚定致动器7之间的部分上采用图中未示出的细铜线缝制的方式固定有支撑软管38，第二尼龙丝10位于第二锚定致动器7与第三锚定致动器8之间的部分上采用图中未示出的细铜线缝制的方式固定有支撑软管39，支撑软管38和39的轴线与第一锚定致动器6的线圈纵行方向平行，支撑软管38和39的下方通过胶水粘接的方式分别固定有2个表面较光滑的塑料球34，塑料球34的直径为4mm。第一尼龙丝9与第三尼龙丝11位于第一锚定致动器6与第二锚定致动器7以及第二锚定致动器7与第三锚定致动器8之间的部分上分别固定有1块硅胶块25。在本实施例中，硅胶块25为管状，硅胶块25的外径为6mm，内径为4mm，长度为7mm。第二尼龙丝10上与第一锚定致动器6和第三锚定致动器8相对应的部分上方固定有连接软管28。连接软管28的材质为聚氨酯，连接软管28的外径为4mm，内径为3mm。如图1和2所示，前锚定器33位于主体复合致动器前端下方，后锚定器26位于主体复合致动器41的后端下方，前锚定器33与后锚定器26的对称中心线与主体复合致动器41的对称中心线共线。第一锚定致动器6和第三锚定致动器8位于主体复合致动器41外侧。位于主体复合致动器41两端的尼龙丝30位于第一锚定致动器6和第三锚定致动器8上方的部分位于连接软管28内部以形成转动副连接。

图9示出了本实施例的仿尺蠖软体机器人22的控制系统的电路示意图。控制系统包括计算机27、直流电源40、微控制器35、第一电压调节器12、第二电压调节器13、第三电压调节器14、第四电压调节器15、第一继电器16、第二继电器17、第三继电器18、第四继电器19、第五继电器20和第六继电器21。第一电压调节器12、第二电压调节器13、第三电压调节器14、第四电压调节器15的输入端与直流电源40相连接。

第一主体致动器3和第三主体致动器5于主体复合致动器41沿长度方向的一端引出的包覆纱1的末端分别引出裸露的形状记忆合金丝32的末端经接线端子合并后经导线与第一电压调节器12的负极相连接，第二主体致动器4于主体复合致动器41沿长度方向的一端引出的包覆纱1的末端经导线与第二电压调节器13的负极相连接；第一电压调节器12的正极通过导线与第一继电器16相连接，第二电压调节器13的正极通过导线与第二继电器17相连接，第一主体致动器3和第三主体致动器5于主体复合致动器41沿长度方向的另一端引出的包覆纱1的末端分别引出裸露的形状记忆合金丝32经接线端子合并后经导线与第一继电器16相连接，第二主体致动器4于主体复合致动器41沿长度方向的另一端引出的包覆纱1的末端引出裸露的形状记忆合金丝32经导线与第二继电器17相连接；接线端子位于防护软管23内。前锚定器33的第一锚定致动器6、第二锚定致动器7、第三锚定致动器8于前锚定器33沿长度方向的一端引出的包覆纱2的末端分别引出裸露的形状记忆合金丝32的末端经接线端子合并后经导线与第四电压调节器15的负极相连接，后锚定器26的第一锚定致动器48、第二锚定致动器49、第三锚定致动器50于后锚定器26沿长度方向的一端引出的包覆纱的末端分别引出裸露的形状记忆合金丝末端经接线端子合并后经导线与第三电压调节器14的负极相连接；第三电压调节器14的正极通过导线与第三继电器18和第四继电器19相连接，第四电压调节器15的正极通过导线与第五继电器20和第六继电器21相连接；前锚定器33的第一锚定致动器6和第三锚定致动器8于前锚定器33沿长度方向的另一端引出的包覆纱2的末端分别引出裸露的形状记忆合金丝经接线端子合并后经导线与第三继电器18相连接，后锚定器26的第一锚定致动器48和第三锚定致动器50于后锚定器26沿长度方向的另一端引出的包覆纱末端分别引出裸露的形状记忆合金丝32经接线端子合并后经导线与第四继电器19相连接；前锚定器33的第二锚定致动器7于前锚定器33沿长度方向的另一端引出的包覆纱2的末端引出裸露的形状记忆合金丝32经导线与第五继电器20相连接，后锚定器26的第二锚定致动器49于后锚定器26沿长度方向的另一端引出的包覆纱末端引出裸露的形状记忆合金丝32经导线与第六继电器21相连接。

在本实施例中，微控制器35为Arduino UNO r3开发板，直流电源40为Mestek-DP310直流电源。在计算机27上的Arduino IDE软件按照仿尺蠖软体机器人22的控制规律编写控制程序，随后利用串口通讯向微控制器35上传控制程序并下达运行指令，微控制器35为各继电器提供5V的工作电压，同时运行控制程序向继电器输出控制信号，以控制各继电器的通断。控制信号为高电平时，继电器的常开式开关闭合，直流电源40与致动器形成回路，对致动器通电加热；当控制信号为低电平时，继电器的常开式开关保持断开，直流电源40与致动器无法形成回路，致动器未被通电加热。图10示出了仿尺蠖软体机器人22的控制信号变换规律图。图11示出了各阶段仿尺蠖软体机器人22的形态。控制信号在仿尺蠖软体机器人22的一个运动周期中的变换规律如下：

步骤1：第三继电器18的控制信号为高电平，第三继电器18的开关闭合，电流对前锚定器33的第一锚定致动器6和第三锚定致动器8加热，使前锚定器33的第一锚定致动器6和第三锚定致动器8致动，使前锚定器33中部向上拱起，使前锚定器33上的硅胶块25接触地面而塑料球34悬空并保持稳定；同时，第六继电器21的控制信号为高电平，第六继电器21的开关闭合，电流对后锚定器26的第二锚定致动器7加热，使后锚定器26的第二锚定致动器49致动，使后锚定器26上的硅胶块25悬空而塑料球34接触地面并保持稳定；同时，其余继电器的控制信号为低电平。

步骤2：第一继电器16的控制信号为高电平，第一继电器16的开关闭合，电流对第一主体致动器3和第三主体致动器5加热，使第一主体致动器3和第三主体致动器5致动，同时，第三继电器18和第六继电器21的控制信号保持高电平，其余继电器的控制信号为低电平，使主体复合致动器41中部向上拱起并拖动后锚定器26向前滑动。

步骤3：所有继电器的控制信号为低电平，所有继电器的开关断开，所有致动器处于未致动状态，致动器冷却散热。

步骤4：第四继电器19的控制信号为高电平，第四继电器19的开关闭合，电流对后锚定器26的第一锚定致动器48和第三锚定致动器50加热，使后锚定器26的第一锚定致动器48和第三锚定致动器50致动，使后锚定器26中部向上拱起，使后锚定器26上的硅胶块25接触地面而塑料球34悬空并保持稳定；同时，第五继电器20的控制信号为高电平，第五继电器20的开关闭合，电流对前锚定器33的第二锚定致动器7加热，使前锚定器33的第二锚定致动器7致动，使前锚定器33上的硅胶块25悬空而塑料球34接触地面并保持稳定；同时，其余继电器的控制信号为低电平。

步骤5：第二继电器17的控制信号为高电平，第二继电器17的开关闭合，电流对第二主体致动器4加热，使第二主体致动器4致动，同时，第四继电器19和第五继电器20的控制信号保持高电平，其余继电器的控制信号为低电平，使主体复合致动器41伸直并推动前锚定器33向前滑动。

步骤6：所有继电器的控制信号为低电平，所有继电器的开关断开，所有致动器处于未致动状态，致动器冷却散热，并准备进行下一个周期的运动。

对仿尺蠖软体机器人22连续施加上述控制信号，可使仿尺蠖软体机器人22连续向前移动。图12示出了本实施例的仿尺蠖软体机器人22在十个运动周期内的位移-时间曲线图。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种基于针织物致动器的仿尺蠖软体机器人，其特征在于，包括主体复合致动器、锚定器和控制系统，所述主体复合致动器包括沿所述仿尺蠖软体机器人的宽度方向并排排列的第一主体致动器、第二主体致动器和第三主体致动器，第一主体致动器与第二主体致动器间留有少量间隙，第二主体致动器与第三主体致动器间留有少量间隙；所述主体致动器为具有纬平针组织的针织物，所述主体致动器由一根连续的包覆纱针织而成，所述包覆纱以镍钛形状记忆合金丝为芯丝、以芳纶复丝为包缠纤维；主体致动器的线圈纵行方向均沿所述仿尺蠖软体机器人的长度方向，第一主体致动器、第二主体致动器、第三主体致动器的长度相等且两端分别对齐排列；第一主体致动器和第三主体致动器的线圈反面朝向所述仿尺蠖软体机器人的背部，第二主体致动器的线圈反面朝向所述仿尺蠖软体机器人的腹部；第一主体致动器、第二主体致动器、第三主体致动器设于沿所述仿尺蠖软体机器人长度方向等距离排列的若干根尼龙丝上；所述尼龙丝中位于主体复合致动器两端的尼龙丝的长度大于主体复合致动器的宽度，其余尼龙丝的长度与主体复合致动器的宽度相适应；位于主体复合致动器两端的尼龙丝上对应于第一主体致动器、第二主体致动器、第三主体致动器的位置分别设有沿母线方向剖开的防护软管；所述锚定器包括设于所述主体复合致动器前端的前锚定器和设于所述主体复合致动器后端的后锚定器，所述前锚定器和后锚定器的结构相同，所述前锚定器包括沿所述仿尺蠖软体机器人的宽度方向并排排列的第一锚定致动器、第二锚定致动器、第三锚定致动器；所述锚定致动器均为具有纬平针组织的针织物，由一根连续的包覆纱针织而成，所述包覆纱以镍钛形状记忆合金丝为芯丝、以芳纶复丝为包缠纤维；锚定致动器的线圈纵行方向均沿所述仿尺蠖软体机器人的长度方向，第一锚定致动器、第二锚定致动器、第三锚定致动器的长度相等且两端分别对齐排列；第一锚定致动器和第三锚定致动器的线圈反面朝向所述仿尺蠖软体机器人的背部，第二锚定致动器的线圈反面朝向所述仿尺蠖软体机器人的腹部；第一锚定致动器、第二锚定致动器、第三锚定致动器设于沿所述仿尺蠖软体机器人宽度方向且等距离排列的第一尼龙丝、第二尼龙丝和第三尼龙丝上，所述第一尼龙丝和第三尼龙丝分别与锚定致动器的两端相连接，所述第二尼龙丝位于锚定致动器的中部；所述第二尼龙丝位于第一锚定致动器与第二锚定致动器以及第二锚定致动器与第三锚定致动器之间的部分下方分别固定有支撑软管；所述支撑软管的轴线与锚定致动器线圈纵行方向平行，所述支撑软管下方固定有若干塑料球；所述第一尼龙丝与第三尼龙丝位于第一锚定致动器与第二锚定致动器以及第二锚定致动器与第三锚定致动器之间的部分上分别固定有硅胶块。

2.如权利要求1所述的一种基于针织物致动器的仿尺蠖软体机器人，其特征在于，所述前锚定器位于主体复合致动器前端下方，后锚定器位于主体复合致动器后端下方，所述锚定器的宽度大于主体复合致动器的宽度，所述锚定器的对称中心线与主体复合致动器的对称中心线共线，所述第一锚定致动器和第三锚定致动器位于主体复合致动器外侧；所述第二尼龙丝与第一锚定致动器和第三锚定致动器相对应的部分上方固定有连接软管，所述位于主体复合致动器两端的尼龙丝位于第一锚定致动器和第三锚定致动器上方的部分位于所述连接软管内部以形成转动副连接。

3.如权利要求2所述的一种基于针织物致动器的仿尺蠖软体机器人，其特征在于，所述控制系统包括计算机、直流电源、微控制器、第一电压调节器、第二电压调节器、第三电压调节器、第四电压调节器、第一继电器、第二继电器、第三继电器、第四继电器、第五继电器和第六继电器，所述电压调节器的输入端与所述直流电源相连接；所述计算机利用串口通讯向所述微控制器上传控制程序并下达运行指令，微控制器运行控制程序向所述继电器输出控制信号，以控制所述各继电器的通断；所述第一主体致动器和第三主体致动器于主体复合致动器沿长度方向的一端引出的包覆纱末端分别引出裸露的形状记忆合金丝末端经接线端子合并后经导线与所述第一电压调节器的负极相连接，第二主体致动器于主体复合致动器沿长度方向的一端引出的包覆纱末端经导线与所述第二电压调节器的负极相连接；所述第一电压调节器的正极通过导线与第一继电器相连接，所述第二电压调节器的正极通过导线与第二继电器相连接，所述第一主体致动器和第三主体致动器于主体复合致动器沿长度方向的另一端引出的包覆纱末端分别引出裸露的形状记忆合金丝经接线端子合并后经导线与第一继电器相连接，第二主体致动器于主体复合致动器沿长度方向的另一端引出的包覆纱末端引出裸露的形状记忆合金丝经导线与第二继电器相相连接；所述接线端子位于所述防护软管内。所述前锚定器的第一锚定致动器、第二锚定致动器、第三锚定致动器于前锚定器沿长度方向的一端引出的包覆纱末端分别引出裸露的形状记忆合金丝末端经接线端子合并后经导线与第四电压调节器的负极相连接，所述后锚定器的第一锚定致动器、第二锚定致动器、第三锚定致动器于后锚定器沿长度方向的一端引出的包覆纱末端分别引出裸露的形状记忆合金丝末端经接线端子合并后经导线与第三电压调节器的负极相连接；所述第三电压调节器的正极通过导线与第三继电器和第四继电器相连接，所述第四电压调节器的正极通过导线与第五继电器和第六继电器相连接；所述前锚定器的第一锚定致动器和第三锚定致动器于前锚定器沿长度方向的另一端引出的包覆纱末端分别引出裸露的形状记忆合金丝经接线端子合并后经导线与第三继电器相连接，所述后锚定器的第一锚定致动器和第三锚定致动器于后锚定器沿长度方向的另一端引出的包覆纱末端分别引出裸露的形状记忆合金丝经接线端子合并后经导线与第四继电器相连接；所述前锚定器的第二锚定致动器于前锚定器沿长度方向的另一端引出的包覆纱末端引出裸露的形状记忆合金丝经导线与第五继电器相连接，所述后锚定器的第二锚定致动器于后锚定器沿长度方向的另一端引出的包覆纱末端引出裸露的形状记忆合金丝经导线与第六继电器相连接。

4.如权利要求3所述的一种基于针织物致动器的仿尺蠖软体机器人，其特征在于，所述控制信号为高电平时，所述继电器的常开式开关闭合，所述直流电源与所述致动器形成回路，对所述致动器通电加热；当所述控制信号为低电平时，所述继电器的常开式开关保持断开，所述直流电源与所述致动器无法形成回路，所述致动器未被通电加热。

5.如权利要求4所述的一种基于针织物致动器的仿尺蠖软体机器人，其特征在于，所述控制信号在所述仿尺蠖软体机器人的一个运动周期中的变换过程如下：

步骤1：第三继电器的控制信号为高电平，第三继电器的开关闭合，电流对前锚定器的第一锚定致动器和第三锚定致动器加热，使前锚定器的第一锚定致动器和第三锚定致动器致动，使前锚定器中部向上拱起，使前锚定器上的硅胶块接触地面而塑料球悬空并保持稳定；同时，第六继电器的控制信号为高电平，第六继电器的开关闭合，电流对后锚定器的第二锚定致动器加热，使后锚定器的第二锚定致动器致动，使后锚定器上的硅胶块悬空而塑料球接触地面并保持稳定；同时，其余继电器的控制信号为低电平；

步骤2：第一继电器的控制信号为高电平，第一继电器的开关闭合，电流对第一主体致动器和第三主体致动器加热，使第一主体致动器和第三主体致动器致动，同时，第三继电器和第六继电器的控制信号保持高电平，其余继电器的控制信号为低电平，使主体复合致动器中部向上拱起并拖动后锚定器向前滑动；

步骤3：所有继电器的控制信号为低电平，所有继电器的开关断开，所有致动器处于未致动状态，致动器冷却散热；

步骤4：第四继电器的控制信号为高电平，第四继电器的开关闭合，电流对后锚定器的第一锚定致动器和第三锚定致动器加热，使后锚定器的第一锚定致动器和第三锚定致动器致动，使后锚定器中部向上拱起，使后锚定器上的硅胶块接触地面而塑料球悬空并保持稳定；同时，第五继电器的控制信号为高电平，第五继电器的开关闭合，电流对前锚定器的第二锚定致动器加热，使前锚定器的第二锚定致动器致动，使前锚定器上的硅胶块悬空而塑料球接触地面并保持稳定；同时，其余继电器的控制信号为低电平；

步骤5：第二继电器的控制信号为高电平，第二继电器的开关闭合，电流对第二主体致动器加热，使第二主体致动器致动，同时，第四继电器和第五继电器的控制信号保持高电平，其余继电器的控制信号为低电平，使主体复合致动器伸直并推动前锚定器向前滑动；

步骤6：所有继电器的控制信号为低电平，所有继电器的开关断开，所有致动器处于未致动状态，致动器冷却散热，并准备进行下一个周期的运动。

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