CN113733047B - 一种仿袋鼠跳跃的电磁驱动软体机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种仿袋鼠跳跃的电磁驱动软体机器人，包括机身和功能模块，功能模块设置在机身上，功能模块包括电源模块和控制模块；机身包括柔性外壳和形变驱动装置，形变驱动装置设置在柔性外壳内并驱动柔性外壳发生形变，形变驱动装置由电源模块供电，并由控制模块控制动作。本发明将线圈和磁铁分别视作袋鼠的身体和脚部，通过对线圈施加交变电流，可以模仿袋鼠的跳跃运动，以提高机器人的运动速度和负载能力。

Description

一种仿袋鼠跳跃的电磁驱动软体机器人
技术领域
本发明涉及软体机器人和仿生机器人领域，尤其涉及一种仿袋鼠跳跃的电磁驱动软体机器人。
背景技术
软体机器人因材料本身的柔韧性而具有无限自由度、连续变形等特点，可实现任意结构的变形和复杂运动，克服了传统刚性机器人的不足，进而根据相应设计可满足资源勘查、灾难救援和医疗卫生等领域的应用要求。软体机器人驱动方式中，电磁驱动具有响应速度快、驱动电压低、可设计性强等优点，相较于其他驱动方式有着更多的优势。但是，现有的申请号为CN201810038601.X和CN201910802369.7的专利，以及爱丁堡大学研制的线圈和磁铁集成式的电磁驱动软体机器人由于结构的能量利用率较低，难以实现大负载和高速运动。
袋鼠是自然界中奔跑速度最快的动物之一，其可以实现快速运动的原因在于，跳跃过程中袋鼠身体和脚步构成了一组二维耦合谐振子，发达的肌肉可以将能量快速存储和释放，进而极大的提高了能量利用率。目前基于袋鼠的跳跃运动机制发展出了大量的刚性机器人，以用于各种领域，但目前并没有将袋鼠仿生利用于软体机器人中，存在技术空白。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术之不足，本发明提供一种仿袋鼠跳跃的电磁驱动软体机器人，将线圈和磁铁分别视作袋鼠的身体和脚部，通过对线圈施加交变电流，可以模仿袋鼠的跳跃运动，以提高机器人的运动速度和负载能力。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种仿袋鼠跳跃的电磁驱动软体机器人，包括机身和功能模块，所述的功能模块设置在机身上，功能模块包括电源模块和控制模块；所述的机身包括柔性外壳和形变驱动装置，所述的形变驱动装置设置在柔性外壳内并驱动柔性外壳发生形变，所述的形变驱动装置由电源模块供电、并由控制模块控制动作。
在上述方案中，通过控制模块控制电源模块为形变驱动装置供电驱动，使得形变驱动装置带动柔性外壳发生形变，实现机器人的运动。
进一步的，为了实现机器人的转向，所述的电磁驱动软体机器人包括至少两组并行连接的机身。通过控制不同机身的弹性形变，可以控制所述机器人的转向。
进一步的，为了实现机器人的跳跃和前进，模仿袋鼠跳跃过程，所述的形变驱动装置包括成组设置的磁铁和线圈，每组磁铁与线圈位置相对并呈错位排布。
优选的，每组磁铁磁极化方向为垂直方向。
优选的，所述的柔性外壳为环形结构。
优选的，所述的形变驱动装置的分布在环形结构内壁或外壁上。
进一步的，为了便于功能模块与外壳的连接，所述的功能模块与外壳之间通过连接件连接固定，所述地连接件为刚性的薄片结构。
进一步的，所述的功能模块还包括无线信号收发模块，所述无线信号收发模块与控制模块信号相连。
进一步的，所述的电源模块在控制模块控制下为线圈加载交变电流，并通过控制模块控制交流电的频率，通过改变驱动信号的频率，可以实现机器人的正反向运动控制。
进一步的，所述功能模块还包括传感模块，所述的传感模块为传感元件或摄像头。
本发明的有益效果是，本发明提供的一种仿袋鼠跳跃的电磁驱动软体机器人，基于袋鼠的跳跃运动机制，在运动过程中进行能量存储和释放，极大的提高了电磁能量的利用率，使电磁驱动软体机器人的运动速度和负载能力有了明显提高；通过改变驱动信号的频率，可以实现机器人的正反向运动控制；可以分别控制两组机身的驱动电流幅值或开关，以控制所述机器人的转向；可以攀爬大角度斜坡，除了在平坦路面行走外，还可以在水下、崎岖路面以及柔软松散路面行走。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明最优实施例的侧视图。
图2是本发明最优实施例的立体图。
图3是本发明最优实施例中功能模块的组成示意图。
图中1、柔性外壳 2、线圈 3、磁铁 4、连接件 5、功能模块 51、功能壳体 52、电源模块 53、无线信号收发模块 54、控制模块 55、传感模块。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1和图2所示一种仿袋鼠跳跃的电磁驱动软体机器人，是本发明最优实施例。电磁驱动软体机器人包括功能模块5和两组机身。
如图3所示，所述的功能模块5设置在机身上，功能模块5包括电源模块52、控制模块54、无线信号收发模块53和传感模块55。所述的机身包括柔性外壳1和形变驱动装置。功能模块5与外壳之间通过连接件4连接固定，所述地连接件4为刚性的薄片结构，优选为薄铁片，采用磁吸方式粘接在所述机身背部，将两组机身并行连接。功能模块5通常设置在功能壳体51内并安装在连接件4上方。
形变驱动装置包括成组设置的磁铁3和线圈2。柔性外壳1为环形结构，材料可以是各种类型的柔性材料，磁铁3粘贴在柔性外壳1上方内壁，磁铁3材料可以是各种类型的硬磁材料，本实施例中可优选为高温钕铁硼，磁极化方向为垂直方向，线圈2粘接在柔性外壳1下方内壁。每组磁铁3与线圈2位置相对并呈错位排布。错位排布的设计，通过控制模块54控制电源模块52对机身的线圈2加载交变电流，线圈2和磁铁3之间将产生交变电磁力，以使线圈2和磁铁3做水平方向和竖直方向的往复运动，实现带动柔性机体发生形变，进而达到模仿袋鼠跳跃运动的目的。
在控制过程中，通过无线信号收发模块53可将远程指令传递给控制模块54，并控制电源模块52调控加载到线圈2上的交流电频率，以控制所述机器人前进或后退；并可以分别控制两组机身的驱动电流幅值或开关，以控制机器人的转向。传感模块55可以是任意形式的传感元件和摄像头等，并可通过无线信号收发模块53远程采集所获取的传感信息。
如此设计的一种仿袋鼠跳跃的电磁驱动软体机器人，将袋鼠跳跃运动模仿集成至柔性机器人上，将线圈2和磁铁3分别视作袋鼠的身体和脚部，通过对线圈2施加交变电流，可以模仿袋鼠的跳跃运动，以提高机器人的运动速度和负载能力。基于袋鼠的跳跃运动机制，在运动过程中进行能量存储和释放，极大的提高了电磁能量的利用率，使电磁驱动软体机器人的运动速度和负载能力有了明显提高；通过改变驱动信号的频率，可以实现机器人的正反向运动控制；可以分别控制两组机身的驱动电流幅值或开关，以控制所述机器人的转向；可以攀爬大角度斜坡，除了在平坦路面行走外，还可以在水下、崎岖路面以及柔软松散路面行走。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种仿袋鼠跳跃的电磁驱动软体机器人，其特征在于：包括机身和功能模块（5），所述的功能模块（5）设置在机身上，功能模块（5）包括电源模块（52）和控制模块（54）；
所述的机身包括柔性外壳（1）和形变驱动装置，所述的形变驱动装置设置在柔性外壳（1）内并驱动柔性外壳（1）发生形变，所述的形变驱动装置由电源模块（52）供电、并由控制模块（54）控制动作；
所述的形变驱动装置包括成组设置的磁铁（3）和线圈（2），每组磁铁（3）与线圈（2）位置相对并呈错位排布。
2.如权利要求1所述的一种仿袋鼠跳跃的电磁驱动软体机器人，其特征在于：所述的电磁驱动软体机器人包括至少两组并行连接的机身。
3.如权利要求1所述的一种仿袋鼠跳跃的电磁驱动软体机器人，其特征在于：每组磁铁（3）的磁极化方向为垂线方向。
4.如权利要求1所述的一种仿袋鼠跳跃的电磁驱动软体机器人，其特征在于：所述的柔性外壳（1）为环形结构。
5.如权利要求4所述的一种仿袋鼠跳跃的电磁驱动软体机器人，其特征在于：所述的形变驱动装置分布在柔性外壳（1）内壁。
6.如权利要求1所述的一种仿袋鼠跳跃的电磁驱动软体机器人，其特征在于：所述的功能模块（5）与外壳之间通过连接件（4）连接固定，所述连接件（4）为刚性的薄片结构。
7.如权利要求1所述的一种仿袋鼠跳跃的电磁驱动软体机器人，其特征在于：所述的功能模块（5）还包括无线信号收发模块（53），所述无线信号收发模块（53）与控制模块（54）信号相连。
8.如权利要求2所述的一种仿袋鼠跳跃的电磁驱动软体机器人，其特征在于：所述的电源模块（52）在控制模块（54）控制下为线圈（2）加载交变电流，并通过控制模块（54）控制交流电的频率。
9.如权利要求1所述的一种仿袋鼠跳跃的电磁驱动软体机器人，其特征在于：所述功能模块（5）还包括传感模块（55），所述的传感模块（55）为传感元件。
10.如权利要求1所述的一种仿袋鼠跳跃的电磁驱动软体机器人，其特征在于：所述功能模块（5）还包括传感模块（55），所述的传感模块（55）为摄像头。
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