CN113650690A - 一种仿果蝇幼虫软体机器人及其控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种仿果蝇幼虫软体机器人及其控制系统，机器人包括三个体节，每个体节由三个波纹管状腔室和两个固定端组成，每个腔室均有一根软管。控制系统的主控制器和副控制器之间通过UART进行通信，主控制器通过PWM控制气泵的功率，并协调各个副控制器进行体节的控制，同时与上位机进行通信，接收命令及实时显示当前机器人的状态信息；气压传感器通过SPI与各个副控制器进行通信，采集各个腔室的实时气压值，并反馈至副控制器，由副控制器通过IO控制电源控制板进行电磁阀的通断控制，控制各个腔室的气体输入和输出，并采用PID算法实现对压力的稳定控制，改变腔室内的压力，能使体节实现不同的动作，最终实现机器人的运动。

Description

一种仿果蝇幼虫软体机器人及其控制系统

技术领域

本发明涉及软体机器人领域，尤其是涉及一种仿果蝇幼虫软体机器人及其控制系统。

背景技术

随着科技的进步和自动化需求的增加，机器人技术已经广泛应用于工业、军事及医疗等领域，大多数传统的机器人是由硬质材料制成的，具备输出力量大、速度快和精度高等特点。但是随着机器人的应用不断深入，传统机器人的缺陷也随之出现，传统机器人的结构设计复杂，灵活性较差，使其不能穿过狭窄的空间，也不能适应形状复杂的通道，对环境适应能力差，导致其在一些领域应用被限制。

因为传统机器人的应用限制，软体机器人开始成为研究人员的对象。软体机器人设计灵感大多数源于自然界的软体生物，软体动物能够在自然环境中通过改变自己的身体形状实现高效的运动，研究人员基于软体生物的运动，生理结构等采用软性材料，设计并制作出多种软体机器人，具有重量轻、体积小、柔顺度高、环境适应力强等特点，能够实现爬行，扭转、穿越狭小的空间和实现抓取等操作，在复杂环境中有着广泛的应用前景。

果蝇幼虫由多个体节组成，具备柔软性高，灵活性强，环境适应能力强等特点，其运动通过体节之间的肌肉协同完成运动，本发明通过对果蝇幼虫的运动研究，制作一种仿果蝇幼虫的软体机器人。采用特殊结构气动执行器作为软体机器人的单个体节，并组合多个体节制作成多体节的软体机器人，并搭建完整的控制系统以及设计控制算法实现对机器人的运动控制。该软体机器人具备灵活性，柔软性，运动多样性特点，将对救援、医疗领域的机器人研究有着参考意义。

发明内容

为解决现有技术的不足，实现提高机器人灵活性、柔软性、运动多样性的目的，本发明采用如下的技术方案：

一种仿果蝇幼虫软体机器人，包括：体节、固定端和导管，将所述体节分为三组，单个体节包括三组腔室，每组腔室设有导管，单个体节的三组腔室两端与固定端连接，体节之间通过固定端连接，通过导管传输，改变各组腔室内的压力，使其收缩和伸展，改变体节中三组腔室的压力，当同时向三组腔室输入同等压力时，体节进行伸展，当减少同等压力时，体节进行收缩；当一组腔室压力小于其他两组，或两组腔室的压力小于其他一组时，体节向压力较小的这组腔室方向弯曲，单腔室弯曲的最大角度大于双腔室弯曲的最大角度，当协调每个体节的形变，即可完成机器人的前进，转弯等动作。

进一步地，所述腔室，是波纹管状腔室，可以满足体节伸缩和弯曲的条件，腔室由柔性材料制成，可以在约束的空间中提供高程度的形变能力。

进一步地，所述固定端，为等边三角形，用于固定每个体节的三组腔室和作为每个体节之间的连接点，材料硬度大于腔室材料硬度，能够在形变的过程中对两端的形变进行约束，使体节按照设计的形状进行变换，其上设有与腔室对应的导管孔。固定端为PDMS材料。

进一步地，所述导管是软管，每个体节的每个腔室中均有一根软管。

一种仿果蝇幼虫软体机器人控制系统，包括：机器人、增降压装置、控制单元，所述机器人的导管与增降压装置连接，控制单元通过增降压装置控制机器人各组腔室的压力。控制单元作为命令控制中心，控制每个体节的每组腔室动作命令（充气/抽气/停止），以及机器人的整体动作命令（前进/后退/左转/右转）。

进一步地，所述机器人的每组腔室设有压力传感器，控制单元通过压力传感器获取各组腔室的压力反馈值，压力的控制，通过压力传感器和PID控制算法完成，通过压力传感器对每组腔室压力的采集，将压力数据反馈至控制单元，根据压力数据反馈值与目标值，通过PID算法控制增降压装置进行增、降压的时间控制，使其压力值动态稳定在目标值，通过压力传感器，控制单元能够更精确的控制各组腔室内的压力，同时将每个体节的每组腔室的实时压力值进行显示。

进一步地，所述控制单元包括：上位机、主控制器，副控制器，主控制器分别与上位机和副控制器连接，用于接收上位机的控制命令，并将副控制器反馈的压力数据发送至上位机展示，如各组腔室的实时压力，接收副控制器反馈的压力数据，进行压力分析，计算各体节下一步的状态，并下发命令至副控制器，主控制器与副控制器和上位机之间的通信方式均为UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步收发传输）；副控制器，与体节对应，通过SPI（Serial Peripheral Interface，总线协议）接口与压力传感器连接，根据主控制器的控制命令，通过压力传感器，采集各组腔室的压力数据反馈值，通过PID算法控制增降压装置进行增、降压的时间控制，使各组腔室的压力值动态稳定在目标值，从而控制体节的状态，并将压力数据回传主控制器。

进一步地，所述增降压装置，包括压力泵、电源控制板、增压电磁阀、降压电磁阀，控制单元通过PWM对压力泵的功率进行调整，改变机器人的运动速度，控制单元通过电源控制板，控制增压电磁阀和降压电磁阀的通断，在压力泵的作用下，控制各组腔室的压力，增压时，打开增压电磁阀，关闭降压电磁阀；降压时，打开降压电磁阀，关闭增压电磁阀；停止时，则动态调整电磁阀的开关实现压力的稳定控制，将各组腔室的压力稳定在停止时的值。

进一步地，所述控制单元，控制机器人前进包括如下步骤：

S11，初始状态三组体节处于正常状态，每组腔室的压力值都为标准大气压P，第一组体节、第二组体节、第三组体节与地面的摩擦力分别为f ₁₁、f ₁₂、f ₁₃；

第一组体节进行伸长，打开第一组体节每组腔室的增压电磁阀，关闭降压电磁阀，使每组腔室压力达到P _extention >P，完成伸长过程，由于第二组体节与第三组体节与地面的摩擦力之和f ₁₂+f ₁₃大于第一组体节的摩擦力f ₁₁，即f ₁₂+f ₁₃>f ₁₁，此时第一组体节相对初始位置向前伸长，第一组体节与地面的接触面增大（波纹管充气形变与地面的接触面会增加），从而增加摩擦力，第一组体节伸长后的摩擦力为f ₁₁ ’；

S12，第二组体节进行收缩，打开第二组体节每组腔室的降压电磁阀，关闭增压电磁阀，使每组腔室压力达到P _contraction <P，完成收缩过程，收缩后体节与地面接触面积会减小，收缩到极致时，接触面会减小到初始的一半甚至更多，摩擦力也减小，由于f ₁₁ ’>f ₁₃，第二组体节带动第三组体节向第一组体节方向收缩，此时第二组体节与地面的摩擦力为f ₁₂ ’；

S13，第三组体节进行收缩，打开第三组体节每组腔室的降压电磁阀，关闭增压电磁阀，使每组腔室压力达到P _contraction <P，完成收缩过程，由于f ₁₁ ’+ f ₁₂ ’> f ₁₃，第三组体节向第二组体节方向收缩，此时第三组体节与地面的摩擦力为f ₁₃ ’，此刻机器人相对初始位置已经向前移动；

S14，第一组体节进行收缩，打开第一组体节每组腔室的降压电磁阀，关闭增压电磁阀，使每组腔室压力达到正常的标准大气压P，完成收缩过程，达到初始状态，第一组体节收缩过程摩擦力为f ₁₁ ’’，同时收缩过程中产生拉力F₁，F₁>f ₁₁ ’’+f ₁₂ ’+f ₁₃ ’，第一组体节拉动第二组体节和第三组体节向前运动；

S15，第二组体节进行伸长，打开第二组体节每组腔室的增压电磁阀，关闭降压电磁阀，使每组腔室压力达到P，恢复到初始状态，这个时候不用再考虑摩擦力，因为机器人整体已经向前移动，不管体节在恢复过程中是向前还是向后伸长，相对初始位置已经产生向前的位移；

S16，第三组体节进行伸长，打开第三组体节每组腔室的增压电磁阀，关闭降压电磁阀，使每组腔室压力达到P，恢复到初始状态，这个时候不用再考虑摩擦力，因为机器人整体已经向前移动，不管体节在恢复过程中是向前还是向后伸长，相对初始位置已经产生向前的位移；

机器人完成前进动作，后退动作则与前进控制顺序相反。

进一步地，所述控制单元，控制机器人转弯，将第一组体节的每组腔室命名为1_A，1_B，1_C，第二组体节的每组腔室命名为2_A，2_B，2_C，第三组体节的每组腔室命名为3_A，3_B，3_C，控制体节的各组腔室产生压力差，从而实现转弯的动作，体节的单个腔室收缩进行转弯的角度大于两个腔室收缩进行转弯的角度，可以根据需要进行调整，包括如下步骤：

S21，初始状态三组体节处于正常状态，每组腔室的压力值都为标准大气压P，第一组体节、第二组体节、第三组体节与地面的摩擦力分别为f ₂₁、f ₂₂、f ₂₃；

第二组体节进行收缩，打开第二组体节每组腔室的降压电磁阀，关闭增压电磁阀，使每组腔室压力达到P _contraction <P，完成收缩过程，此时第二组体节与地面的接触面积减小为S ₂₂ ’，摩擦力为f ₂₂ ’；

S22，对机器人第一组体节进行转弯控制，打开1_A腔室的降压电磁阀，关闭增压充气阀，使压力值减少并维持在P _bend ，打开1_B，1_C腔室的增压电磁阀，关闭降压电磁阀，使其压力值维持在P _△，此时第一组体节产生向一侧转动的角度θ，第一组体节与地面的接触面积为S ₂₁ ’，摩擦力为f ₂₁ ’；

S23，第三组体节进行收缩，打开第三组体节每组腔室的降压电磁阀，关闭增压电磁阀，使每组腔室压力达到P _contraction <P，完成收缩过程，第三组体节初始状态摩擦力为f ₂₃，f ₂₁ ’+f ₂₂ ’>f ₂₃，第三组体节向第二组体节方向收缩，第三组体节与地面的接触面减小至S ₂₃ ’，摩擦力为f ₂₃ ’；

S24，第一组体节进行收缩，打开第一组体节1_B，1_C腔室的降压电磁阀，关闭增压电磁阀，使每组腔室压力达到P _contraction ，完成收缩过程，收缩过程产生拉力F₂，因为F₂>f ₂₁ ’+f ₂₂ ’+ f ₂₃ ’，所以第一组体节收缩过程中，会带动第二组体节和第三组体节进行转动，实现转弯；

S25，三组体节均完成收缩后，第一组体节进行伸长，打开第一组体节每组腔室的增压电磁阀，关闭降压电磁阀，使每组腔室压力达到初始化压力P，完成恢复过程；

S26，第二组体节进行伸长，打开第二组体节每组腔室的增压电磁阀，关闭降压电磁阀，使每组腔室压力达到初始化压力P，完成恢复过程；

S27，第三组体节进行伸长，打开第三组体节每组腔室的增压电磁阀，关闭降压电磁阀，使每组腔室压力达到初始化压力P，完成恢复过程；机器人完成转弯动作。

本发明的优势和有益效果在于：

本发明能够满足机器人各体节伸缩和弯曲的条件，腔室由柔性材料制成，可以在约束的空间中提供高程度的形变能力；控制每个体节的每组腔室动作（充气/抽气/停止），以及机器人的整体动作（前进/后退/左转/右转）；通过压力传感器，控制单元能够更精确的控制各组腔室内的压力，同时将每个体节的每组腔室的实时压力值进行显示；通过对压力泵的功率进行调整，改变机器人的运动速度。

附图说明

图1是本发明的软体机器人结构示意图。

图2a是本发明的软体机器人制作过程中开模制作示意图。

图2b是本发明的软体机器人制作过程中脱模示意图。

图2c是本发明的软体机器人制作过程中两个半腔室粘合示意图。

图2d是本发明的软体机器人制作过程中粘合后单个腔室示意图。

图2e是本发明的软体机器人制作过程中将三个腔室进行两端固定示意图。

图2f是本发明的软体机器人制作过程中软管插入示意图。

图3是本发明的软体机器人控制系统结构示意图。

图4a是本发明的软体机器人前进控制流程图。

图4b是本发明的软体机器人转弯控制流程图。

图中：1、第一体节，2、第二体节，3、第三体节，4、固定端，5、头部，6、尾部，7、软管。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

机器人模型由三个波纹管状体节、固定端4、软管7组成，如图1所示。首先我们通过倒模的方法制作每个腔室，组合三个腔室形成一个体节，再组合三个体节形成一个完整的机器人。

倒模过程如图2所示，如图2a所示，将dargon skin 20硅胶按照1：1的比例混合均匀并用真空泵抽取混合物中的气泡，将材料倒入模具中并盖上上盖静置三到四个小时后进行脱模，得到单个腔室的半个腔室，如图2b所示。按照上述操作继续制作半个腔室，待腔室完成后，按照图2c的方式将两个半腔室进行粘合，粘合材料与腔室材料保持一致，得到完成的单个腔室，如图2d所示。循环图a至图d的制作操作，得到三个腔室，借助模具将三个腔室进行两端固定，如图2e所示，固定材料为PDMS，混合比例为10：1，同时需要将其放在烘箱中进行加热，温度为70摄氏度，时间为2个小时，待两端凝固固定后，插入软管7并对软管口处进行密封，最终得到单个体节，如图2f所示，其中尾部6的体节（第三个体节）的软管7插入固定端4，其他体节直接在波纹管上插入。按照如上步骤，我们制作三个体节，最后采用PDMS对每个体节，在软管7插入点周围进行粘合密封，形成完整的机器人，如图1所示。

在得到机器人模型后搭建控制系统进行控制，如图3所示，整个系统由主控制器、副控制器、电磁阀组、电源控制阀组、气泵、气压传感器组构成。

其中机器人每个体节的腔室均连接一个气压传感器，单个体节总共有三个气压传感器用于采集每个腔室的气压值，同时每个腔室由两路电磁阀分别控制充气和抽气，所以整个机器人控制中共有3组气压传感器，每组对应一个体节，总共9个气压传感器，气压传感器通过SPI接口接入到每个体节的副控制器中。总共有3组电磁阀，每组有六个电磁阀共同控制一个体节，共18个电磁阀，电磁阀的通断由副控制器通过电源控制板进行，副控制器与电源控制板的通信方式为IO口。

控制器部分主要由一个主控制器，三个副控制器组成，主控制器通过UART与上位机进行命令的交互，当上位机下发命令后，主控制器对机器人当前的每个体节的状态进行分析，计算出每个体节下一步需要达到的状态，并将计算出的结果通过UART下发至副控制器，由副控制器进行执行，副控制器通过PID算法维持每个腔室的压力动态平衡，使体节达到并维持在目标状态，并将处理的结果返回至主控制器，主控制根据每个体节的实时状态，动态调整每个体节的状态，实现机器人的运动。例如：当三个体节的气压都达到P时，伸长的长度为l，同时每个通道的气压值由副控制器发送至主控器，主控器将气压值传输至上位机软件进行显示。同时主控制器会分析每个通道的气压，计算机器人下个一个状态每个通道所需要达到的气压值，并反馈至每个副控制器进行执行。

机器人的运动控制过程如图4a、b所示，对机器人的体节分别命名为第一体节1，第二体节2，第三体节3（从头部5开始），机器人动作的实现则通过控制各个的体节形态进行。例如前进动作控制流程如图4a所示：

步骤一：初始状态三个体节处于正常状态，每个通道的气压值都为标准大气压P，第一体节1、第二体节2、第三体节3与地面的摩擦力分别为f ₁₁、f ₁₂、f ₁₃；

第一体节1进行伸长，打开第一体节1每个腔室的充气电磁阀，关闭抽气电磁阀，使每个腔室压力达到P _extention >P，完成伸长过程，由于第二体节2与第三体节3与地面的摩擦力之和f ₁₂+f ₁₃大于第一体节1的摩擦力f ₁₁，即f ₁₂+f ₁₃>f ₁₁，此时第一体节1相对初始位置向前伸长，此处将第一体节1伸长目的是为了增大第一体节1与地面的接触面（波纹管充气形变与地面的接触面会增加），从而增加摩擦力，第一体节1伸长后的摩擦力为f ₁₁ ’；

步骤二：第二体节2进行收缩，打开第二体节2每个腔室的抽气电磁阀，关闭充气电磁阀，使每个腔室压力达到P _contraction <P，完成收缩过程，收缩后体节与地面接触面积会减小，收缩到极致时，接触面会减小到初始的一半甚至更多，摩擦力也减小。由于f ₁₁ ’>f ₁₃，第二体节2带动第三体节3向第一体节1方向收缩，此时第二体节2与地面的摩擦力为f ₁₂ ’；

步骤三：第三体节3进行收缩，打开第三体节3每个腔室的抽气电磁阀，关闭充气电磁阀，使每个腔室压力达到P _contraction <P，完成收缩过程。由于f ₁₁ ’+ f ₁₂ ’> f ₁₃，第三体节3向第二体节2方向收缩，此时第三体节3与地面的摩擦力为f ₁₃ ’。此刻整个机器人相对初始位置已经向前移动；

步骤四：第一体节1进行收缩，打开第一体节1每个腔室的抽气电磁阀，关闭充气电磁阀，使每个腔室压力达到正常的标准大气压P，完成收缩过程，达到初始状态，第一体节1收缩过程摩擦力为f ₁₁ ’’，同时收缩过程中产生一个拉力F₁，F₁>f ₁₁ ’’+f ₁₂ ’+f ₁₃ ’，第一体节1会拉动第二体节2和第三体节3向前运动。

步骤五：第二个体节进行伸长，打开第二体节2每个腔室的充气电磁阀，关闭抽气电磁阀，使每个腔室压力达到P，恢复到初始状态，这个时候不用再考虑摩擦力，因为机器人整体已经向前移动，不管体节在恢复过程中是向前还是向后伸长，相对初始位置已经产生向前的位移；

步骤六：第三个体节进行伸长，打开第三体节3每个腔室的充气电磁阀，关闭抽气电磁阀，使每个腔室压力达到P，恢复到初始状态，这个时候不用再考虑摩擦力，因为机器人整体已经向前移动，不管体节在恢复过程中是向前还是向后伸长，相对初始位置已经产生向前的位移；此时机器人完成前进动作。

当三个体节均完成伸长动作后，机器人则向前运动，后退动作则与前进控制顺序相反。

关于机器人的转弯控制如图4b所示，我们将第一个体节的每个腔室命名为1_A，1_B，1_C，第二个体节的每个腔室命名为2_A，2_B，2_C，第三个体节的每个腔室命名为3_A，3_B，3_C，控制体节的不同的腔室产生压力差，从而实现转弯的动作，体节的单个腔室收缩进行转弯的角度大于两个腔室收缩进行转弯的角度，可以根据需要进行调整，过程如下：

步骤一：初始状态三个体节处于正常状态，每个通道的气压值都为标准大气压P，第一体节1、第二体节2、第三体节3与地面的摩擦力分别为f ₂₁、f ₂₂、f ₂₃；

第二体节2进行收缩，打开第二体节2每个腔室的抽气电磁阀，关闭充气电磁阀，使每个腔室压力达到P _contraction <P，完成收缩过程，此时第二体节2与地面的接触面积减小为S ₂₂ ’，摩擦力为f ₂₂ ’；

步骤二：对机器人第一体节1进行转弯控制，打开1_A腔室的抽气电磁阀，关闭抽气充气阀，使气压值减少并维持在P _bend ，打开1_B，1_C腔室的充气电磁阀，关闭抽气电磁阀，使其气压值维持在P _△。此时第一体节1产生向左转动的角度θ，第一体节1与地面的接触面积为S ₂₁ ’，摩擦力为f ₂₁ ’；

步骤三：第三体节3进行收缩，打开第三体节3每个腔室的抽气电磁阀，关闭充气电磁阀，使每个腔室压力达到P _contraction <P，完成收缩过程，第三体节3初始状态摩擦力为f ₂₃，f ₂₁ ’+f ₂₂ ’>f ₂₃，第三体节3向第二体节2方向收缩，第三体节3与地面的接触面减小至S ₂₃ ’，摩擦力为f ₂₃ ’；

步骤四：第一体节1进行收缩，打开第一体节1的1_B，1_C腔室的抽气电磁阀，关闭充气电磁阀，使每个腔室压力达到P _contraction ，完成收缩过程，收缩过程产生拉力F₂，因为F₂>f ₂₁ ’+f ₂₂ ’+ f ₂₃ ’，所以第一体节1收缩过程中，会带动第二体节和第三体节进行转动，实现转弯；

步骤五：三个体节均完成收缩后，第一个体节进行伸长，打开第一体节1每个腔室的充气电磁阀，关闭抽气电磁阀，使每个腔室压力达到初始化压力P，完成恢复过程；

步骤六：第二个体节进行伸长，打开第二体节每个腔室的充气电磁阀，关闭抽气电磁阀，使每个腔室压力达到初始化压力P，完成恢复过程；

步骤七：第三个体节进行伸长，打开第三体节每个腔室的充气电磁阀，关闭抽气电磁阀，使每个腔室压力达到初始化压力P，完成恢复过程。待以上过程执行完成，机器人完成转弯动作。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种仿果蝇幼虫软体机器人，包括：体节、固定端和导管，其特征在于将所述体节分为三组，单个体节包括三组腔室，每组腔室设有导管，单个体节的三组腔室两端与固定端连接，体节之间通过固定端连接，通过导管传输，改变各组腔室内的压力，使其收缩和伸展，改变体节中三组腔室的压力，当同时向三组腔室输入同等压力时，体节进行伸展，当减少同等压力时，体节进行收缩；当一组腔室压力小于其他两组，或两组腔室的压力小于其他一组时，体节向压力较小的这组腔室方向弯曲。

2.根据权利要求1所述的一种仿果蝇幼虫软体机器人，其特征在于所述腔室，是波纹管状腔室。

3.根据权利要求1所述的一种仿果蝇幼虫软体机器人，其特征在于所述固定端，用于固定每个体节的三组腔室和作为每个体节之间的连接点，材料硬度大于腔室材料硬度，其上设有与腔室对应的导管孔。

4.根据权利要求3所述的一种仿果蝇幼虫软体机器人，其特征在于所述导管是软管，每个体节的每个腔室中均有一根软管。

5.根据权利要求1所述一种仿果蝇幼虫软体机器人的控制系统，包括：机器人、增降压装置、控制单元，其特征在于所述机器人的导管与增降压装置连接，控制单元通过增降压装置控制机器人各组腔室的压力。

6.根据权利要求5所述的控制系统，其特征在于所述机器人的每组腔室设有压力传感器，控制单元通过压力传感器获取各组腔室的压力反馈值，根据压力数据反馈值与目标值，控制增降压装置进行增、降压控制，使其压力值动态稳定在目标值。

7.根据权利要求6所述的控制系统，其特征在于所述控制单元包括：上位机、主控制器，副控制器，主控制器分别与上位机和副控制器连接，用于接收上位机的控制命令，并将副控制器反馈的压力数据发送至上位机，接收副控制器反馈的压力数据，进行压力分析，计算各体节下一步的状态，并下发命令至副控制器；副控制器，与体节对应，根据主控制器的控制命令，通过压力传感器，采集各组腔室的压力数据反馈值，控制增降压装置进行增、降压控制，使各组腔室的压力值动态稳定在目标值，从而控制体节的状态，并将压力数据回传主控制器。

8.根据权利要求6所述的控制系统，其特征在于所述增降压装置，包括压力泵、电源控制板、增压电磁阀、降压电磁阀，控制单元对压力泵的功率进行调整，控制单元通过电源控制板，控制增压电磁阀和降压电磁阀的通断，在压力泵的作用下，控制各组腔室的压力。

9.根据权利要求8所述的控制系统，其特征在于所述控制单元，控制机器人前进包括如下步骤：

S11，初始状态三组体节处于正常状态，每组腔室的压力值都为P，第一组体节、第二组体节、第三组体节与地面的摩擦力分别为f ₁₁、f ₁₂、f ₁₃；

第一组体节进行伸长，打开第一组体节每组腔室的增压电磁阀，关闭降压电磁阀，使每组腔室压力达到P _extention >P，完成伸长过程，由于第二组体节与第三组体节与地面的摩擦力之和f ₁₂+f ₁₃大于第一组体节的摩擦力f ₁₁，即f ₁₂+f ₁₃>f ₁₁，此时第一组体节相对初始位置向前伸长，第一组体节与地面的接触面增大，从而增加摩擦力，第一组体节伸长后的摩擦力为f ₁₁ ’；

S12，第二组体节进行收缩，打开第二组体节每组腔室的降压电磁阀，关闭增压电磁阀，使每组腔室压力达到P _contraction <P，完成收缩过程，收缩后体节与地面接触面积会减小，摩擦力也减小，由于f ₁₁ ’>f ₁₃，第二组体节带动第三组体节向第一组体节方向收缩，此时第二组体节与地面的摩擦力为f ₁₂ ’；

S13，第三组体节进行收缩，打开第三组体节每组腔室的降压电磁阀，关闭增压电磁阀，使每组腔室压力达到P _contraction <P，完成收缩过程，由于f ₁₁ ’+ f ₁₂ ’> f ₁₃，第三组体节向第二组体节方向收缩，此时第三组体节与地面的摩擦力为f ₁₃ ’；

S14，第一组体节进行收缩，打开第一组体节每组腔室的降压电磁阀，关闭增压电磁阀，使每组腔室压力达到P，完成收缩过程，达到初始状态，第一组体节收缩过程摩擦力为f ₁₁ ’’，同时收缩过程中产生拉力F₁，F₁>f ₁₁ ’’+f ₁₂ ’+f ₁₃ ’，第一组体节拉动第二组体节和第三组体节向前运动；

S15，第二组体节进行伸长，打开第二组体节每组腔室的增压电磁阀，关闭降压电磁阀，使每组腔室压力达到P，恢复到初始状态；

S16，第三组体节进行伸长，打开第三组体节每组腔室的增压电磁阀，关闭降压电磁阀，使每组腔室压力达到P，恢复到初始状态；

机器人完成前进动作，后退动作则与前进控制顺序相反。

10.根据权利要求8所述的控制系统，其特征在于所述控制单元，控制机器人转弯，将第一组体节的每组腔室命名为1_A，1_B，1_C，第二组体节的每组腔室命名为2_A，2_B，2_C，第三组体节的每组腔室命名为3_A，3_B，3_C，控制体节的各组腔室产生压力差，从而实现转弯的动作，包括如下步骤：

S21，初始状态三组体节处于正常状态，每组腔室的压力值都为P，第一组体节、第二组体节、第三组体节与地面的摩擦力分别为f ₂₁、f ₂₂、f ₂₃；

第二组体节进行收缩，打开第二组体节每组腔室的降压电磁阀，关闭增压电磁阀，使每组腔室压力达到P _contraction <P，完成收缩过程，此时第二组体节与地面的接触面积减小为S ₂₂ ’，摩擦力为f ₂₂ ’；

S22，对机器人第一组体节进行转弯控制，打开1_A腔室的降压电磁阀，关闭增压充气阀，使压力值减少并维持在P _bend ，打开1_B，1_C腔室的增压电磁阀，关闭降压电磁阀，使其压力值维持在P _△，此时第一组体节产生向一侧转动的角度θ，第一组体节与地面的接触面积为S ₂₁ ’，摩擦力为f ₂₁ ’；

S23，第三组体节进行收缩，打开第三组体节每组腔室的降压电磁阀，关闭增压电磁阀，使每组腔室压力达到P _contraction <P，完成收缩过程，第三组体节初始状态摩擦力为f ₂₃，f ₂₁ ’+f ₂₂ ’>f ₂₃，第三组体节向第二组体节方向收缩，第三组体节与地面的接触面减小至S ₂₃ ’，摩擦力为f ₂₃ ’；

S24，第一组体节进行收缩，打开第一组体节1_B，1_C腔室的降压电磁阀，关闭增压电磁阀，使每组腔室压力达到P _contraction ，完成收缩过程，收缩过程产生拉力F₂，因为F₂>f ₂₁ ’+f ₂₂ ’+ f ₂₃ ’，所以第一组体节收缩过程中，会带动第二组体节和第三组体节进行转动，实现转弯；

S25，三组体节均完成收缩后，第一组体节进行伸长，打开第一组体节每组腔室的增压电磁阀，关闭降压电磁阀，使每组腔室压力达到初始化压力P，完成恢复过程；

S26，第二组体节进行伸长，打开第二组体节每组腔室的增压电磁阀，关闭降压电磁阀，使每组腔室压力达到初始化压力P，完成恢复过程；

S27，第三组体节进行伸长，打开第三组体节每组腔室的增压电磁阀，关闭降压电磁阀，使每组腔室压力达到初始化压力P，完成恢复过程；机器人完成转弯动作。

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