CN112975935A - 一种可转向的绳牵引式软体机器人及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种可转向的绳牵引式软体机器人及控制方法，包括软体机器人、舵机加载平台、舵机和牵引绳，所述软体机器人呈长方体结构两端分别为软体机器人机身左端和软体机器人机身右端，所述舵机加载平台固定在软体机器人的机体中心，所述舵机加载平台上面和侧面留有用于固定舵机的接口；所述舵机有六个；所述牵引绳有六个，每个牵引绳对应一个舵机，所述牵引绳通过机器人软体上部、底部及侧面销钉固定在机器人软体上部、底部及侧面，呈“U”形且两端与对应舵机相连；本发明提供一种可转向的绳牵引式软体机器人及控制方法，该机器人可以实现直线、曲线的行进及方向转变。

Description

一种可转向的绳牵引式软体机器人及控制方法
技术领域
本发明涉及轴型绳牵引式软体机器人领域，特别是涉及一种可转向的绳牵引式软体机器人及控制方法。
背景技术
软体机器人是一种新型柔软机器人，能够适应各种非结构化环境，与人类的交互也更安全。目前，技术较为完善的软体机器人主要为仿生气动方式，对绳牵引方式软体机器人的研究尚且不够完善。绳牵引方式是通过程序控制小型舵机旋转，带动机体上的牵引绳进而控制机体动作的控制方法，多采用驱动后置的设计。为保证绳牵引软体机器人自由爬行，需要将驱动模块、传动机构与软体机器人本体进行一体化设计。此外，现有大量软体爬行机器人多为沿着腿/臂的方向直线行走，一种直观的提供其全方向行走的方法是增加软体机器人的腿/臂数量，使其能够沿着不同腿/臂方向前进。然而此方法将增加驱动数量及机器人本体重量，成本高，控制难度大。本发明将针对以上问题，提出一种可转向的绳牵引式软体机器人一体化设计。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种可转向的绳牵引式软体机器人及控制方法，该机器人可以实现直线、曲线的行进及方向转变。
本发明提供一种可转向的绳牵引式软体机器人，包括软体机器人、舵机加载平台、舵机和牵引绳，所述软体机器人呈长方体结构两端分别为软体机器人机身左端和软体机器人机身右端，所述舵机加载平台固定在软体机器人的机体中心，所述舵机加载平台上面和侧面留有用于固定舵机的接口；
所述舵机有六个分别为第二舵机、第一舵机、第三舵机、第四舵机、第五舵机和第六舵机，所述第二舵机、第一舵机、第三舵机和第四舵机通过接口固定在舵机加载平台上面，所述第五舵机和第六舵机通过接口固定在舵机加载平台两侧；
所述牵引绳有六个分别为第一牵引绳、第三牵引绳、第二牵引绳、第四牵引绳、第五牵引绳和第六牵引绳，每个牵引绳对应一个舵机，所述牵引绳通过机器人软体上部、底部及侧面销钉固定在机器人软体上部、底部及侧面，呈“U”形且两端与对应舵机相连；
所述软体机器人机身左端上部设置第一绳索，所述软体机器人机身左端底部设置第二牵引绳，所述软体机器人机身右端上部设置第三牵引绳，所述软体机器人机身右端底部设置第四牵引绳，所述软体机器人机身左端左侧设置第五牵引绳，所述软体机器人机身左端右侧设置第六牵引绳，牵引第一牵引绳以控制软体机器人左端向上翘起，牵引第二牵引绳以控制软体机器人左端向下拱起，牵引第三牵引绳以控制软体机器人右端向上翘起，牵引第四牵引绳以控制软体机器人右端向下拱起，牵引第五牵引绳以控制软体机器人左端向其左侧扭转，牵引第六绳索以控制软体机器人左端向其右侧扭转。
作为本发明机器人进一步改进，所述软体机器人的软体部分FlexFoam-iT III聚氨酯软发泡材料构成，软体机器人机身材料由FlexFoam III水发泡聚酯软泡发泡形成，可在很大程度内伸缩扩展。
作为本发明机器人进一步改进，所述舵机型号为MG90S，本申请主要使用型号为MG90S的舵机。
本发明提供一种可转向的绳牵引式软体机器人的控制方法，具体控制方法如下：
控制软体机器人向左移动时，控制第三舵机顺时针转动，拉紧第三牵引绳，使得软体机器人机身右端向上蜷曲；随后控制第二舵机顺时针转动，拉紧第二牵引绳，使得软体机器人机身左端向下蜷曲；控制第三舵机逆时针转动，松开第三牵引绳，同时控制第四舵机顺时针转动，拉紧第四牵引绳，使得软体机器人机身右端复位并向下蜷曲；而后第二舵机逆时针旋转，松开第二牵引绳，使软体机器人机身左端复位；最后控制第四舵机逆时针旋转，松开第四牵引绳，使软体机器人机身右端复位，机器人整体向左移动；
控制软体机器人向右移动时，控制第一舵机顺时针转动，拉紧第一牵引绳，使得软体机器人机身左端向上蜷曲；随后控制第四舵机顺时针转动，拉紧四牵引绳，使得软体机器人机身右端向下蜷曲；控制第一舵机逆时针转动，松开第一牵引绳，同时控制第二舵机顺时针转动，拉紧第二牵引绳，使得软体机器人右端复位并向下蜷曲；而后第四舵机逆时针旋转，松开第四牵引绳，使软体机器人右端复位；最后控制第二舵机逆时针旋转，松开第二牵引绳，使软体机器人左端复位，机器人整体向右移动；
控制软体机器人侧向转弯时，保持原有移动状态，控制第五舵机和第六舵机顺时针转动，拉紧第五牵引绳和第六牵引绳，使软体机器人机身左端侧向弯曲，待旋转角度达到预定角度时，控制第五舵机和第六舵机逆时针转动，放松第五牵引绳和第六牵引绳，使机器人侧向弯曲复位。
相比于现有分析方法，本发明的特点及其有益效果是：
在机器人的动力方式上，本发明使用舵机带动绳子牵引机器人机体实现软体机器人运动的方式。
相比于常规的软体机器人采用充气的方式来实现机器人柔软身体的运动，绳牵引的软体机器人只需要机器人上的舵机和绳子协同作用就可以实现机器人的运动，不用外接其他连线与充气用气缸，轻巧方便。
在制作软体机器人的机体时，本发明用刚性材料制作了机器人机体的模具，然后使用发泡剂倒入模具来制作出软体机器人的机体，相比于用软体材料直接采用3D打印的方式，此方式可以随时对软体机器人的重量和柔软度进行调整，能够快速地提供大量的调试对象，并极大程度上节约经费，方便软体机器人实物调试。
本发明采用舵机加载平台进行机器人拓展，此平台可以用来放置舵机，装载摄像头，配置避障装置等，相比于整体都是软体材料，此种搭载方法更为稳定，运动驱动也更能规避误差。
附图说明
图1是本发明实例中的结构示图；
图2是本发明实例的俯视图；
图3是本发明实例的前视图；
图4是本发明实例的侧视图；
附图编号说明：
1：软体机器人机身左端；2：舵机加载平台；3：软体机器人机身右端；4：第二舵机；5：第一舵机；6：第三舵机；7：第四舵机；8：第五舵机；9：第六舵机；10：第一牵引绳；11：第三牵引绳；12：第二牵引绳；13：第四牵引绳；14：第五牵引绳；15：第六牵引绳。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
本发明提供一种可转向的绳牵引式软体机器人及控制方法，该机器人可以实现直线、曲线的行进及方向转变。
作为本发明具体实施例，本发明提供一种绳牵引式软体机器人，具体如图1-4所示，包括机器人软体及其舵机加载平台、舵机、牵引绳，所述舵机加载平台固定在机体中心，加载平台上面和侧面留有接口，用于固定舵机；
所述舵机固定在舵机加载平台的接口上；
所述机器人软体由 FlexFoam-iT III聚氨酯软发泡材料构成，机器人软体呈长方体结构；
所述牵引绳通过机器人软体上部、底部及侧面销钉固定在机器人软体上部、底部及侧面，呈“U”形，两端与舵机相连；
所述机器人底部后肢设置第一绳索，底部前肢设置第二绳索，机体左侧设置第三绳索，机体右侧设置第四绳索，牵引第一绳索以控制机器人后肢拱起，牵引第二绳索以控制机器人前肢拱起，牵引第三绳索以控制机器人向左侧扭转，牵引第四绳索以控制机器人向右侧扭转；
作为本发明的进一步技术方案，所述第一至第四绳索分别与舵机连接，通过舵机正反转控制绳索的拉紧和放松。
作为本发明的进一步技术方案，该方法具体如下：
控制软体机器人向左移动时:（1）控制第三舵机顺时针转动，拉紧第三牵引绳，使得软体机器人机身右端向上蜷曲；（2）控制第二舵机顺时针转动，拉紧第二牵引绳，使得软体机器人机身左端向下蜷曲；（3）控制第三舵机逆时针转动，松开第三牵引绳，同时控制第四舵机顺时针转动，拉紧第四牵引绳，使得软体机器人右端复位并向下蜷曲；（4）第二舵机逆时针旋转，松开第二牵引绳，使软体机器人左端复位；（5）控制第四舵机逆时针旋转，松开第四牵引绳，使软体机器人右端复位，机器人整体向左移动。
控制软体机器人向右移动时:（1）控制第一舵机顺时针转动，拉紧第一牵引绳，使得软体机器人机身左端向上蜷曲；（2）控制第四舵机顺时针转动，拉紧四牵引绳，使得软体机器人机身右端向下蜷曲；（3）控制第一舵机逆时针转动，松开第一牵引绳，同时控制第二舵机顺时针转动，拉紧第二牵引绳，使得软体机器人右端复位并向下蜷曲；（4）第四舵机逆时针旋转，松开第四牵引绳，使软体机器人右端复位；（5）控制第二舵机逆时针旋转，松开第二牵引绳，使软体机器人左端复位，机器人整体向右移动。
控制软体机器人侧向转弯时:（1）保持原有移动状态，控制第五（六）舵机顺时针转动，拉紧第五（六）牵引绳，使软体机器人左端侧向弯曲;（2）待旋转角度达到预定角度时，控制第五（六）舵机逆时针转动，放松第五（六）牵引绳，使机器人侧向弯曲复位。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例之一，并非是对本发明作任何其他形式的限制，而依据本发明的技术实质所作的任何修改或等同变化，仍属于本发明所要求保护的范围。

Claims (4)

1.一种可转向的绳牵引式软体机器人，包括软体机器人、舵机加载平台（2）、舵机和牵引绳，其特征在于：所述软体机器人呈长方体结构两端分别为软体机器人机身左端（1）和软体机器人机身右端（3），所述舵机加载平台（2）固定在软体机器人的机体中心，所述舵机加载平台（2）上面和侧面留有用于固定舵机的接口；
所述舵机有六个分别为第二舵机（4）、第一舵机（5）、第三舵机（6）、第四舵机（7）、第五舵机（8）和第六舵机（9），所述第二舵机（4）、第一舵机（5）、第三舵机（6）和第四舵机（7）通过接口固定在舵机加载平台（2）上面，所述第五舵机（8）和第六舵机（9）通过接口固定在舵机加载平台（2）两侧；
所述牵引绳有六个分别为第一牵引绳（10）、第三牵引绳（11）、第二牵引绳（12）、第四牵引绳（13）、第五牵引绳（14）和第六牵引绳（15），每个牵引绳对应一个舵机，所述牵引绳通过机器人软体上部、底部及侧面销钉固定在机器人软体上部、底部及侧面，呈“U”形且两端与对应舵机相连；
所述软体机器人机身左端（1）上部设置第一绳索，所述软体机器人机身左端（1）底部设置第二牵引绳（12），所述软体机器人机身右端（3）上部设置第三牵引绳（11），所述软体机器人机身右端（3）底部设置第四牵引绳（13），所述软体机器人机身左端（1）左侧设置第五牵引绳（14），所述软体机器人机身左端（1）右侧设置第六牵引绳（15），牵引第一牵引绳（10）以控制软体机器人左端向上翘起，牵引第二牵引绳（12）以控制软体机器人左端向下拱起，牵引第三牵引绳（11）以控制软体机器人右端向上翘起，牵引第四牵引绳（13）以控制软体机器人右端向下拱起，牵引第五牵引绳（14）以控制软体机器人左端向其左侧扭转，牵引第六绳索以控制软体机器人左端向其右侧扭转。
2.根据权利要求1所述的一种可转向的绳牵引式软体机器人，其特征在于：所述软体机器人的软体部分FlexFoam-iT III聚氨酯软发泡材料构成。
3.根据权利要求1所述的一种可转向的绳牵引式软体机器人，其特征在于：所述舵机型号为MG90S。
4.一种可转向的绳牵引式软体机器人的控制方法，其特征在于：具体控制方法如下：
控制软体机器人向左移动时，控制第三舵机（6）顺时针转动，拉紧第三牵引绳（11），使得软体机器人机身右端（3）向上蜷曲；随后控制第二舵机（4）顺时针转动，拉紧第二牵引绳（12），使得软体机器人机身左端（1）向下蜷曲；控制第三舵机（6）逆时针转动，松开第三牵引绳（11），同时控制第四舵机（7）顺时针转动，拉紧第四牵引绳（13），使得软体机器人机身右端（3）复位并向下蜷曲；而后第二舵机（4）逆时针旋转，松开第二牵引绳（12），使软体机器人机身左端（1）复位；最后控制第四舵机（7）逆时针旋转，松开第四牵引绳（13），使软体机器人机身（3）右端复位，机器人整体向左移动；
控制软体机器人向右移动时，控制第一舵机（5）顺时针转动，拉紧第一牵引绳（10），使得软体机器人机身左端（1）向上蜷曲；随后控制第四舵机（7）顺时针转动，拉紧四牵引绳（13），使得软体机器人机身右端（3）向下蜷曲；控制第一舵机（5）逆时针转动，松开第一牵引绳（10），同时控制第二舵机（4）顺时针转动，拉紧第二牵引绳（12），使得软体机器人右端（3）复位并向下蜷曲；而后第四舵机（7）逆时针旋转，松开第四牵引绳（13），使软体机器人右端（3）复位；最后控制第二舵机（4）逆时针旋转，松开第二牵引绳（12），使软体机器人左端复位（1），机器人整体向右移动；
控制软体机器人侧向转弯时，保持原有移动状态，控制第五舵机（8）和第六舵机（9）顺时针转动，拉紧第五牵引绳（14）和第六牵引绳（15），使软体机器人机身左端（1）侧向弯曲，待旋转角度达到预定角度时，控制第五舵机（8）和第六舵机（9）逆时针转动，放松第五牵引绳（14）和第六牵引绳（15），使机器人侧向弯曲复位。
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