CN114750144B - 一种软体机器人转弯控制装置、方法、软体机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种软体机器人转弯控制装置、方法、软体机器人。所述装置包括：用于控制气流通道的第一箱体和用于控制气囊外壁存储量的第二箱体，所述第一箱体设置与第二箱体连通的第一气流通道和与软体机器人外侧气囊连通的第二气流通道，所述第一箱体内部设置气流通道控制模块，气流通道控制模块选择第一气流通道打开或者第二气流通道打开；所述第二箱体包括气囊外壁存储区和气囊外壁释放组件，气囊外壁存储区存储软体机器人的气囊外壁，气囊外壁释放组件用于控制存储的气囊外壁的释放量。本发明能够准确控制软体机器人的转弯角度。

Description

一种软体机器人转弯控制装置、方法、软体机器人

技术领域

本申请涉及软体机器人技术领域，特别是涉及一种软体机器人转弯控制装置、方法、软体机器人。

背景技术

传统刚性机器人具有运动精确的优点，但结构的刚性使其环境适应性较差，在狭窄空间内的运动受到限制，无法通过尺度小于机器人尺度或形状复杂的通道。这些缺点制约了刚性机器人在某些领域的应用，如军事侦查时出于隐蔽性考虑希望侦察机器人能钻过墙缝、门缝等尺寸小，形状复杂的通道；矿难、震灾救援中要求机器人能够深入废墟进行探测；科学探测时经常要求机器人进入开口狭窄的空间等。

为提高机器人的柔性，通过增加更多的自由度，形成超冗余度机器人，使其具有一定的连续变形能力，例如蛇形机器人、仿象鼻机械臂等。超冗余度机器人的环境适应能力大幅度提高，但其零部件仍是刚体，不能改变自身尺寸。

随着机器人技术的发展，出现了与传统刚性机器人的不同的软体机器人，软体机器人模仿自然界中的软体动物，由可承受大应变的柔软材料制成，具有无限多自由度和连续变形能力，可在大范围内任意改变自身形状和尺寸。软体机器人具有无限多自由度，所以它具有无限种构型使其末端执行器到达工作空间内的任意一点。由于对压力的低阻抗，软体机器人对环境具有更好的适应性，通过被动变形实现与障碍物的相容；通过主动变形使机器人处于不同的形态并实现运动；主动变形与被动变形相结合，机器人可以挤过比自身常态尺寸小的缝隙，进入传统机器人无法进入的空间。软体机器人种类很多，其中包括一种采用气体来驱动行走的机器人(参见申请号201910049220.6)，其具有头端封闭的塑料薄膜管道，充气箱向塑料薄膜管道充气实现软体机器人向前行进，通过拉线控制，现有的气体驱动软体机器人，通过拉线实现软体机器人的转弯。然而，目前的气体驱动软体机器人并不能实现准确的转弯角度的控制。

发明内容

基于此，有必要针对软体机器人转弯角度的控制问题，提供一种软体机器人转弯控制装置、方法、软体机器人。

一种软体机器人转弯控制装置，所述装置包括：用于控制气流通道的第一箱体和用于控制气囊外壁存储量的第二箱体，所述第一箱体设置与第二箱体连通的第一气流通道和与软体机器人外侧气囊连通的第二气流通道，所述第一箱体内部设置气流通道控制模块，气流通道控制模块选择第一气流通道打开或者第二气流通道打开；所述第二箱体包括气囊外壁存储区和气囊外壁释放组件，气囊外壁存储区存储软体机器人的气囊外壁，气囊外壁释放组件用于控制存储的气囊外壁的释放量。

在其中一个实施例中，所述第一气流通道包括设置于第一箱体底部左侧的第一进气孔和设置于第一箱体底部左侧的第一出气孔，第一进气孔与第一出气孔连通；所述第二气流通道包括设置于第一箱体底部右侧的第二进气孔和设置于第一箱体顶部右侧的第二出气孔，第二进气孔与第二出气孔连通。

在其中一个实施例中，所述第一箱体的内部中空呈矩形，所述气流通道控制模块包括设置于第一箱体内部中空位置的磁铁和磁性金属，磁性金属固定于第一箱体内壁左侧，磁铁嵌入第一箱体内部，磁铁在磁性金属相互之间的磁力作用下在第一箱体内部滑动，在磁铁滑动至第一箱体内部左侧时封堵第一气流通道、打开第二气流通道，在磁铁滑动至第一箱体内部右侧时打开第一气流通道、封堵第二气流通道。

在其中一个实施例中，所述第一箱体的侧面外周与外侧气囊内壁密封连接。

在其中一个实施例中，所述第一箱体的侧面外周与外侧气囊内壁采用胶粘方式密封连接。

在其中一个实施例中，所述气囊外壁存储区与第一气流通道连通，气囊外壁释放组件包括与第二箱体左侧内壁连接的弹簧和与弹簧连接的压板，压板外周与第二箱体内壁贴合，气流进入气囊外壁存储区，推动压板向左侧移动释放存储的气囊外壁。

在其中一个实施例中，所述第二箱体右侧壁开设通孔，气囊外壁通过通孔进入气囊外壁存储区存放。

在其中一个实施例中，所述压板接触气囊外壁的一侧设置齿纹。

一种软体机器人转弯控制方法，所述方法包括：在软体机器人直行时，控制软体机器人转弯控制装置的第一气流通道封堵、第二气流通道打开；在软体机器人转弯时，控制软体机器人转弯控制装置的第一气流通道打开、第二气流通道封堵，第二箱体释放气囊外壁存储区存储的气囊外壁；控制第一气流通道打开时间和通气的大小，控制气囊外壁的释放量，从而控制软体机器人转弯的角度。

一种软体机器人，包括上述实施例所述的软体机器人转弯控制装置和外侧气囊，所述软体机器人转弯控制装置嵌入外侧气囊的内壁。

本发明一种软体机器人转弯控制装置、方法、软体机器人，通过在外侧气囊内嵌入软体机器人转弯控制装置，通过软体机器人转弯控制装置中第二箱体的气囊外壁存储区存储气囊外壁，通过气囊外壁释放组件控制气囊外壁的释放量，能够准确的控制气囊外壁的释放，从而精确的控制软体机器人的转弯。

附图说明

图1为一个实施例中软体机器人转弯控制装置剖视图；

图2为另一个实施例中软体机器人转弯控制装置剖视图；

图3为一个实施例中软体机器人转弯控制装置立体图；

图4为一个实施例中软体机器人气囊剖面结构示意图；

图5为另一个实施例中软体机器人气囊剖面结构示意图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件上，它可以直接在另一个元件上或者间接设置在另一个元件上；当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“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，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制。

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。在本申请的描述中，“多个”、“若干个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

须知，本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本申请可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本申请所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本申请所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

在一个实施例中，如图1所示，如图1-4所示，一种软体机器人转弯控制装置100，所述装置包括：用于控制气流通道的第一箱体110和用于控制气囊外壁存储量的第二箱体120，所述第一箱体110设置与第二箱体120连通的第一气流通道和与软体机器人外侧气囊连通的第二气流通道，所述第一箱体110内部设置气流通道控制模块，气流通道控制模块选择第一气流通道打开或者第二气流通道打开；所述第二箱体120包括气囊外壁存储区和气囊外壁释放组件，气囊外壁存储区存储软体机器人的气囊外壁，气囊外壁释放组件用于控制存储的气囊外壁的释放量。

其中，本实施例中所述的软体机器人200包括两个内侧气囊(212、222)和两个外侧气囊(214、224)，两个内侧气囊(212、222)和两个外侧气囊(214、224)一端绕卷轴固定，两个内侧气囊(212、222)和两个外侧气囊(214、224)另一端固定在软体机器人200尾端，软体机器人200尾端设置充气装置，可以实现向两个内侧气囊(212、222)和两个外侧气囊(214、224)充气，如图4所示，在软体机器人200直行时，同时向两个内侧气囊(212、222)充气，此时两个软体机器人转弯控制装置100的第一箱体110中磁铁相吸内侧气囊的气流的方向如内侧气囊内箭头所示，气流在内侧气囊顶端产生压力，推动软体机器人200向前伸长；在软体机器人200需要转弯时，如图4和图5所示，需要在两侧气囊内部的2个软体机器人转弯控制装置100移动至马上分开时，即机械臂的顶端分叉处(如图4所示)，此时停止给两个内侧气囊(212、222)充气，根据转弯方向要求,开始给外侧气囊214充气，使气囊外壁213释放，此时软体机器人转弯控制装置打开气囊外壁213一侧第一气流通道、封堵第二气流通道，释放气囊外壁213，在释放的气囊外壁213符合转弯角度的要求时，此时开始给两个内侧气囊(212、222)充气，并停止给两个外侧气囊(214、224)充气，使机械臂的主体继续伸长，使两个软体机器人转弯控制装置100的第一箱体110中相吸的磁铁强制分开，从而使两个软体机器人转弯控制装置100分开，此时，软体机器人转弯控制装置100的第一箱体110中磁铁与磁性金属相吸，封堵第一气流通道、打开第二气流通道，由于一侧的气囊外壁伸长，另一侧的气囊外壁不变，软体机器人200伸长的过程中会进行转弯(如图5所示)。

在其中一个实施例中，如图1-3所示，所述第一气流通道包括设置于第一箱体110底部左侧的第一进气孔112和设置于第一箱体110底部左侧的第一出气孔114，第一进气孔112与第一出气孔114连通；所述第二气流通道包括设置于第一箱体110底部部右侧的第二进气孔113和设置于第一箱体110顶部右侧的第二出气孔115，第二进气孔113与第二出气孔115连通。

在其中一个实施例中，如图1-3所示，所述第一箱体110的内部中空呈矩形，所述气流通道控制模块包括设置于第一箱体110内部中空位置的磁铁117和磁性金属116，磁性金属116固定于第一箱体110内壁左侧，磁铁117嵌入第一箱体110内部，磁铁117在与磁性金属116相互之间的磁力作用下在第一箱体110内部滑动，在磁铁117滑动至第一箱体110内部左侧时封堵第一气流通道、打开第二气流通道，在磁铁117滑动至第一箱体110内部右侧时打开第一气流通道、封堵第二气流通道。其中，第一箱体110内部中空位置略大于磁铁117外周，保证磁铁117在与磁性金属116相互之间磁力作用下在第一箱体110内部滑动，同时能够对第一气流通道或第二气流通道进行封堵。其中，磁性金属116可为铁块。

在其中一个实施例中，所述第一箱体110的侧面外周与外侧气囊内壁密封连接。可选的，第一箱体110的侧面外周与外侧气囊内壁采用胶粘方式密封连接。

在其中一个实施例中，如图1-4所示，所述气囊外壁存储区与第一气流通道连通，气囊外壁释放组件包括与第二箱体120左侧内壁连接的弹簧122和与弹簧122连接的压板123，压板123外周与第二箱体120内壁贴合，气流进入气囊外壁存储区，推动压板123向左侧移动释放存储的气囊外壁。其中，气囊外壁的释放量可以根据气流的大小和气流进入的时间确定。其中，所述弹簧122可为1个或多个。

在其中一个实施例中，如图1-4所示，所述第二箱体120右侧壁开设通孔124，气囊外壁通过通孔124进入气囊外壁存储区存放。其中，所述通孔124可为矩形或圆形。其中，如图4和图5所示，部分气囊外壁2131存放在气囊外壁存储区。其中，气囊外壁通过卷曲或者折叠的形式预先固定在气囊外壁存储区，并用弹簧122抵住压板123对气囊外壁压紧。当压板123松开时，气囊外壁向外释放，此时，从第一出气孔114流入的气流有三个作用，其一是将挡板123推开，释放被挤压的气囊外壁；其二是将储存的气囊外壁，在气压的作用下，顶出通孔124；其三是气流从通孔124流出，将第二箱体120所在的空间充气，通过气体压力将气囊外壁带出。

在其中一个实施例中，所述压板123接触气囊外壁124的一侧设置齿纹。其中，通过设置的齿纹能够增加压板与气囊外壁之间的摩擦力，能够更好的控制气囊外壁的释放。

在一个实施例中，如图4所示，提供了一种软体机器人200，包括上述实施例所述的软体机器人转弯控制装置100和外侧气囊(214、224)，所述软体机器人转弯控制装置100嵌入外侧气囊(214、224)的内壁。其中，所述软体机器人200还包括气囊内壁(211、221)和气囊外壁(213、223)。气囊内壁(211、221)包围形成内侧气囊(212、222)，气囊内壁(211、221)和气囊外壁(213、223)包围形成外侧气囊(214、224)。软体机器人200尾端设置充气装置，充气装置可提供三个充气通道，可以实现同时向两个内侧气囊(212、222)充气或分别向两个外侧气囊(214、224)充气。当然，软体机器人200尾端也可设置3个充气装置，可以实现同时向两个内侧气囊(212、222)充气或分别向两个外侧气囊(214、224)充气。

在其中一个实施例中，提供了一种软体机器人转弯控制方法，所述方法包括：在软体机器人直行时，控制软体机器人转弯控制装置的第一气流通道封堵、第二气流通道打开；在软体机器人转弯时，控制软体机器人转弯控制装置的第一气流通道打开、第二气流通道封堵，第二箱体120释放气囊外壁存储区存储的气囊外壁；控制第一气流通道打开时间和通气的大小，控制气囊外壁的释放量，从而控制软体机器人转弯的角度。

在软体机器人200需要转弯时，如图4和图5所示，需要在两侧气囊内部的2个软体机器人转弯控制装置100移动至马上分开时，即机械臂的顶端分叉处(如图4所示)，此时停止给两个内侧气囊(212、222)充气，根据转弯方向要求,开始给外侧气囊214充气，使气囊外壁213释放，此时软体机器人转弯控制装置打开气囊外壁213一侧第一气流通道、封堵第二气流通道，释放气囊外壁213，在释放的气囊外壁213符合转弯角度的要求时，此时开始给两个内侧气囊(212、222)充气，并停止给两个外侧气囊(214、224)充气，使机械臂的主体继续伸长，使两个软体机器人转弯控制装置100的第一箱体110中相吸的磁铁强制分开，从而使两个软体机器人转弯控制装置100分开，此时，软体机器人转弯控制装置100的第一箱体110中磁铁与磁性金属相吸，封堵第一气流通道、打开第二气流通道，由于一侧的气囊外壁伸长，另一侧的气囊外壁不变，软体机器人200伸长的过程中会进行转弯(如图5所示)。

当然，在需要向另外一侧转弯时，只需要调整在停止给两个内侧气囊(212、222)充气之后的步骤，例如，开始给外侧气囊224充气，使气囊外壁223释放，此时软体机器人转弯控制装置打开气囊外壁223一侧第一气流通道、封堵第二气流通道，释放气囊外壁223，在释放的气囊外壁223符合转弯角度的要求时，此时开始给两个内侧气囊(212、222)充气，并停止给两个外侧气囊(214、224)充气，使机械臂的主体继续伸长，使两个软体机器人转弯控制装置100的第一箱体110中相吸的磁铁强制分开，从而使两个软体机器人转弯控制装置100分开，此时，软体机器人转弯控制装置100的第一箱体110中磁铁与磁性金属相吸，封堵第一气流通道、打开第二气流通道，由于一侧的气囊外壁伸长，另一侧的气囊外壁不变，软体机器人200伸长的过程中会向另外一侧转弯。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于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。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种软体机器人转弯控制装置，其特征在于，所述装置包括：用于控制气流通道的第一箱体和用于控制气囊外壁存储量的第二箱体，所述第一箱体设置与第二箱体连通的第一气流通道和与软体机器人外侧气囊连通的第二气流通道，所述第一箱体内部设置气流通道控制模块，气流通道控制模块选择第一气流通道打开或者第二气流通道打开；

所述第二箱体包括气囊外壁存储区和气囊外壁释放组件，气囊外壁存储区存储软体机器人的气囊外壁，气囊外壁释放组件用于控制存储的气囊外壁的释放量；

其中，所述第一气流通道包括设置于第一箱体底部左侧的第一进气孔和设置于第一箱体底部左侧的第一出气孔，第一进气孔与第一出气孔连通；

所述第二气流通道包括设置于第一箱体底部右侧的第二进气孔和设置于第一箱体顶部右侧的第二出气孔，第二进气孔与第二出气孔连通；

所述第一箱体的侧面外周与外侧气囊内壁密封连接；

所述气囊外壁存储区与第一气流通道连通，气囊外壁释放组件包括与第二箱体左侧内壁连接的弹簧和与弹簧连接的压板，压板外周与第二箱体内壁贴合，气流进入气囊外壁存储区，推动压板向左侧移动释放存储的气囊外壁；

所述第二箱体右侧壁开设通孔，气囊外壁通过通孔进入气囊外壁存储区存放；

其中，在软体机器人需要转弯时，充气装置停止给两个内侧气囊充气，根据转弯方向要求，开始给外侧气囊充气，使气囊外壁释放，此时软体机器人转弯控制装置打开气囊外壁一侧第一气流通道、封堵第二气流通道，释放气囊外壁，在释放的气囊外壁符合转弯角度的要求时，此时开始给两个内侧气囊充气，并停止给两个外侧气囊充气，使机械臂的主体继续伸长。

2.根据权利要求1所述的软体机器人转弯控制装置，其特征在于，所述第一箱体的内部中空呈矩形，所述气流通道控制模块包括设置于第一箱体内部中空位置的磁铁和磁性金属，磁性金属固定于第一箱体内壁左侧，磁铁嵌入第一箱体内部，磁铁在与磁性金属相互之间的磁力作用下在第一箱体内部滑动，在磁铁滑动至第一箱体内部左侧时封堵第一气流通道、打开第二气流通道，在磁铁滑动至第一箱体内部右侧时打开第一气流通道、封堵第二气流通道。

3.根据权利要求1所述的软体机器人转弯控制装置，其特征在于，所述第一箱体的侧面外周与外侧气囊内壁采用胶粘方式密封连接。

4.根据权利要求1所述的软体机器人转弯控制装置，其特征在于，所述压板接触气囊外壁的一侧设置齿纹。

5.一种基于权利要求1-4任一项所述的软体机器人转弯控制装置的软体机器人转弯控制方法，其特征在于，所述方法包括：

在软体机器人直行时，控制软体机器人转弯控制装置的第一气流通道封堵、第二气流通道打开；

在软体机器人转弯时，控制软体机器人转弯控制装置的第一气流通道打开、第二气流通道封堵，第二箱体释放气囊外壁存储区存储的气囊外壁；

控制第一气流通道打开时间和通气的大小，控制气囊外壁的释放量，从而控制软体机器人转弯的角度。

6.一种软体机器人，其特征在于，包括权利要求1-4任一项所述的软体机器人转弯控制装置和外侧气囊，所述软体机器人转弯控制装置嵌入外侧气囊的内壁。