CN116001936A - 基于巨电流变液的软体驱动器和爬行机器人 - Google Patents

Abstract

本申请涉及软体驱动器及爬行机器人技术领域，公开了一种基于巨电流变液的软体驱动器，包括多个驱动单元，每个驱动单元包括一个流体网格和两个网格变刚度块，流体网格内设有用于容纳驱动流体的流体腔，两个网格变刚度块分别设于流体网格的两端，流体网格的侧壁能够限制流体网格的周向变形，网格变刚度块能够通过巨电流变液改变刚度，以使得流体腔中的驱动流体带动驱动单元轴向变形；多个驱动单元的同一侧依次连接，多个驱动单元的同一侧设有沿着多个驱动单元设置的侧面驱动单元，侧面驱动单元能够驱动多个驱动单元侧向变形。本申请还提供了一种爬行机器人。本申请能够提高软体驱动器的使用效果。

Description

基于巨电流变液的软体驱动器和爬行机器人

技术领域

本申请涉及软体驱动器及爬行机器人技术领域，更具体地说，是涉及一种基于巨电流变液的软体驱动器和爬行机器人。

背景技术

软体爬行机器人领域致力于创造由柔软、灵活的材料组成的爬行机器人。相较于采用金属和硬塑料的刚性爬行机器人，软体爬行机器人具有更高的适应性、安全性与鲁棒性，因此该领域在过去十年中吸引了众多学者关注。软体驱动器作为软体爬行机器人的腿部重要构件，其自由度数量、响应速度和使用寿命影响着软体爬行机器人的运动性能。流体网格构型的软体驱动器由于其结构简单、驱动力大，是常用的软体驱动器结构之一。

然而，现有的绝大多数流体网格构型的软体驱动器的自由度少，运动模式单一，不能适应多变的应用场景。中国专利CN114771686A公布了一种利用多驱动器并联的实现直行和转弯的软体爬行机器人，虽然该结构的机器人具有较多自由度，但是该结构的机器人同时引入了较多管道，会束缚机器人的爬行运动，增加了整体系统的不稳定性。中国专利CN112045694A公布了一种利用巨电流变液实现分段弯曲的流体网格型驱动器，巨电流变液具有控制简单、响应迅速的优势，这种流体网格型驱动器的单输入变自由度的特性使其具有更高的适应性。但是，由于该流体网格型驱动器只有一个腔室，在分段弯曲过程中，非弯曲段的网格腔室会产生不必要的膨胀挤压，增加流体的体积消耗，即一方面，较多的输入流体体积会降低响应速度，另一方面，过度的挤压会增加软体材料的最大应力，降低软体机器人寿命。

因此，具有多种运动模式、快速响应和系留少特点的流体网格驱动器，能够实现不受束缚地快速的前进和后退，以及跨越不同高度障碍物的软体爬行机器人，具有很强的实用价值和重要的研究意义。

发明内容

本申请的目的是提供一种基于巨电流变液的软体驱动器和爬行机器人，能够解决现有的软体爬行机器人功能单一、环境适应性低、系留多、响应速度慢、因驱动器过度膨胀造使用寿命短的技术问题，提高了软体驱动器和爬行机器人的使用效果。

第一方面，本申请实施例提供了一种基于巨电流变液的软体驱动器，包括多个驱动单元，每个驱动单元包括一个流体网格和两个网格变刚度块，流体网格内设有用于容纳驱动流体的流体腔，两个网格变刚度块分别设于流体网格的两端，流体网格的侧壁能够限制流体网格的周向变形，网格变刚度块能够通过巨电流变液改变刚度，以使得流体腔中的驱动流体带动驱动单元轴向变形；

多个驱动单元的同一侧依次连接，多个驱动单元的同一侧设有沿着多个驱动单元设置的侧面驱动单元，侧面驱动单元能够驱动多个驱动单元侧向变形。

在第一方面的一种可能的实现方式中，侧面驱动单元包括中间变刚度块，中间变刚度块贴合在多个驱动单元的同一侧。

在第一方面的另一种可能的实现方式中，侧面驱动单元还包括两个侧向变刚度块，两个侧向变刚度块和中间变刚度块贴合在多个驱动单元的同一侧，两个侧向变刚度块分别设于中间变刚度块的两侧。

在第一方面的另一种可能的实现方式中，侧面驱动单元的数量为至少三个，相邻的侧面驱动单元之间设有间隙。

在第一方面的另一种可能的实现方式中，还包括头部驱动单元，头部驱动单元连接在多个驱动单元的第一端，头部驱动单元包括第一流体网格和第一网格变刚度块，第一网格变刚度块连接于第一流体网格靠近多个驱动单元的一端，第一流体网格靠近第一网格变刚度块的一侧刚度小于第一流体网格远离第一网格变刚度块的一侧的刚度。

在第一方面的另一种可能的实现方式中，还包括尾部驱动单元，尾部驱动单元连接在多个驱动单元的第二端，尾部驱动单元包括第二流体网格和第二网格变刚度块，第二网格变刚度块连接于第二流体网格靠近多个驱动单元的一端，第二流体网格靠近第二网格变刚度块的一侧刚度小于第二流体网格远离第二网格变刚度块的一侧的刚度。

在第一方面的另一种可能的实现方式中，网格变刚度块包括第一壳体、第一支撑柱和两个第一电极片，第一壳体内设有第一巨电流变液容腔，第一支撑柱和两个第一电极片设于第一壳体内，两个第一电极片分别设于第一巨电流变液容腔的两侧，两个第一电极片用于分别连接电源正负极，第一支撑柱用于分隔开两个第一电极片；中间变刚度块和侧向变刚度块分别包括柔性电极片、第二壳体、第二支撑柱和一个第二电极片，柔性电极片和第二壳体之间密封设置有第二巨电流变液容腔，第二支撑柱和第二电极片设于第二巨电流变液容腔内，柔性电极片和第二电极片用于分别连接电源正负极，第二支撑柱用于分隔开柔性电极片和第二电极片，所有中间变刚度块和所有侧向变刚度块的柔性电极片一体成型，柔性电极片还与多个驱动单元连接。

在第一方面的另一种可能的实现方式中，每个流体网格的外侧壁上设有用于连接侧面驱动单元的安装面，安装面呈平面形，每个流体网格在安装面的对侧呈拱形结构。

在第一方面的另一种可能的实现方式中，多个驱动单元的流体腔依次连通，至少一个驱动单元的流体腔上设有用于通入驱动流体的流体管道，流体管道和多个驱动单元的流体腔位于同一直线上。

第二方面，本申请实施例提供了一种爬行机器人，包括控制器、泵、阀、高压电源、继电器和多个如第一方面中所述的软体驱动器，泵和阀和流体管道通过管道依次连接，控制器分别与阀和继电器分别电连接，高压电源通过继电器分别与第一电极片、第二电极片和柔性电极片电连接。

本申请实施例与现有技术相比存在的有益效果是：

本申请实施例提供的一种基于巨电流变液的软体驱动器，设置多个驱动单元，每个驱动单元包括一个流体网格和两个网格变刚度块，每个驱动单元的两个网格变刚度块在流体网格的实现对流体网格的形状的精确控制，提高了对软体驱动器的控制精度，减小了流体的体积消耗，提升了软体驱动器的响应速度，同时避免了以往的软体驱动器中的流体网格之间的过度的挤压，提高了软体驱动器的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请一实施例提供的基于巨电流变液的软体驱动器的立体结构示意图；

图2是本申请一实施例提供的基于巨电流变液的软体驱动器的内部结构示意图；

图3是本申请一实施例提供的网格变刚度块的立体分解结构示意图；

图4是本申请一实施例提供的侧面驱动单元的立体分解结构示意图；

图5是本申请一实施例提供的基于巨电流变液的软体驱动器的运动状态示意图；

图6是本申请一实施例提供的基于巨电流变液的软体驱动器的仰视结构示意图；

图7是本申请一实施例提供的基于巨电流变液的软体驱动器的不同运动状态的结构示意图；

图8是本申请一实施例提供的爬行机器人的控制结构示意图；

图9是本申请一实施例提供的爬行机器人的运动过程示意图；

图10是本申请一实施例提供的爬行机器人的跨越障碍物时的结构示意图；

图中，100、驱动单元；110、流体网格；111、流体腔；112、流体管道；113、安装面；114、拱形结构；120、网格变刚度块；121、第一壳体；122、第一支撑柱；123、第一电极片；124、第一巨电流变液容腔；124a、第一巨电流变液；200、侧面驱动单元；201、柔性电极片；202、第二壳体；203、第二支撑柱；204、第二电极片；205、第二巨电流变液容腔；205a、第二巨电流变液；210、中间变刚度块；220、侧向变刚度块；300、头部驱动单元；310、第一流体网格；320、第一网格变刚度块；400、尾部驱动单元；410、第二流体网格；420、第二网格变刚度块；500、控制器；510、泵；520、阀；530、高压电源；540、继电器。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，当一个部件或结构被称为“固定于”或“设置于”另一个部件或结构，它可以直接在另一个部件或结构上或者间接在该另一个部件或结构上。当一个部件或结构被称为是“连接于”另一个部件或结构，它可以是直接连接到另一个部件或结构或间接连接至该另一个部件或结构上。

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一个部件或结构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”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

中国专利CN114771686A公布了一种利用多驱动器并联的实现直行和转弯的软体爬行机器人，虽然该结构的机器人具有较多自由度，但是该结构的机器人同时引入了较多管道，会束缚机器人的爬行运动，增加了整体系统的不稳定性。中国专利CN112045694A公布了一种利用巨电流变液实现分段弯曲的流体网格型驱动器，巨电流变液具有控制简单、响应迅速的优势，这种流体网格型驱动器的单输入变自由度的特性使其具有更高的适应性。但是，由于该流体网格型驱动器只有一个腔室，在分段弯曲过程中，非弯曲段的网格腔室会产生不必要的膨胀挤压，增加流体的体积消耗，即一方面，较多的输入流体体积会降低响应速度，另一方面，过度的挤压会增加软体材料的最大应力，降低软体机器人寿命。

基于以上原因，本申请实施例提供了一种基于巨电流变液的软体驱动器，设置多个驱动单元，每个驱动单元包括一个流体网格和两个网格变刚度块，每个驱动单元的两个网格变刚度块在流体网格的实现对流体网格的形状的精确控制，提高了对软体驱动器的控制精度，减小了流体的体积消耗，提升了软体驱动器的响应速度，同时避免了以往的软体驱动器中的流体网格之间的过度的挤压，提高了软体驱动器的使用寿命。

在一些应用场景中，本申请实施例中的基于巨电流变液的软体驱动器可以应用于软体爬行机器人，通过本申请实施例中的多个基于巨电流变液的软体驱动器驱动软体爬行机器人的运动，提高了软体爬行机器人的使用效果。

在另一些应用场景中，本申请实施例中的基于巨电流变液的软体驱动器可以应用于机器手指等机械设备中，能够精确控制机械手指运动，提升了机器手指的使用效果。

下面结合具体的例子对本申请实施例中的基于巨电流变液的软体驱动器进行具体说明。

图1是本申请一实施例提供的基于巨电流变液的软体驱动器的立体结构示意图，如图1所示的，本申请实施例提供的一种基于巨电流变液的软体驱动器包括多个驱动单元100，每个驱动单元100包括一个流体网格110和两个网格变刚度块120，流体网格110内设有用于容纳驱动流体的流体腔111，两个网格变刚度块120分别设于流体网格110的两端，流体网格110的侧壁能够限制流体网格110的周向变形，网格变刚度块120能够通过巨电流变液改变刚度，以使得流体腔111中的驱动流体带动驱动单元100轴向变形；多个驱动单元100的同一侧依次连接，多个驱动单元100的同一侧设有沿着多个驱动单元100设置的侧面驱动单元200，侧面驱动单元200能够驱动多个驱动单元100侧向变形。

具体地，多个驱动单元100依次连接形成关节状结构，使得多个驱动单元100的运动能够相互配合，实现本基于巨电流变液的软体驱动器的变形运动。每个驱动单元100在使用时，流体网格110用于通过驱动流体调节流体网格110的形状，同时通过两个网格变刚度块120分别在流体网格110的两端对流体网格110的刚度调整，实现了两个网格变刚度块120对流体网格110的形状的调整。

具体地，在两个网格变刚度块120内部通入电流时，使得网格变刚度块120内的巨电流变液根据电流变化调整刚度，进而对流体网格110的两端定型，实现了流体网格110的形状的固定。

具体地，在两个网格变刚度块120内部不通入电流时，使得网格变刚度块120内的巨电流变液呈流体状，进而使得流体网格110的两端能够自由变形，通过向流体网格110内通入驱动流体，使得流体网格110的两端凸起，实现了流体网格110的长度的增加；或者将流体网格110的驱动流体排出，使得流体网格110的两端凸起程度减小，实现了流体网格110的长度的减小。

具体地，驱动流体可以是各种常见的气体或者液体。例如，驱动流体可以为空气或水。

本申请实施例在使用时，多个驱动单元100侧向变形时，通过驱动单元100上的两个网格变刚度块120对驱动单元100的形状进行定型，然后通过驱动流体带动流体网格110变形，使得本基于巨电流变液的软体驱动器受到驱动实现变形运动，所需要的驱动流体的体积大幅减少，提高了本基于巨电流变液的软体驱动器的响应速度。同时，本基于巨电流变液的软体驱动器的多个驱动单元100之间的网格变刚度块120能够提高各个流体网格110的独立性，避免了流体网格110受到驱动流体的过度挤压以及相邻的流体网格110之间的过度挤压，提高了本基于巨电流变液的软体驱动器的使用寿命，克服了解决现有软体驱动器的功能单一、环境适应性低、系留多、响应速度慢和因驱动器过度膨胀导致使用寿命短的技术问题。

另外，本申请实施例包括多个相互拼接的驱动单元100，每个驱动单元100都是由相同模具独立生产加工，本申请实施例的长度可以根据需求调整驱动单元100的数量，能够避免重新制造驱动单元100的模具，缩短本申请实施例的驱动单元100的生产周期，降低了本申请实施例的生产加工成本。

具体地，本申请实施例在使用时，可以将多个驱动单元100上连接侧面驱动单元200的侧面作为驱动单元100和本软体驱动器的底面使用。

在一些实现方式中，如图1所示的，侧面驱动单元200包括中间变刚度块210，中间变刚度块210贴合在多个驱动单元100的同一侧。

具体地，通过侧面驱动单元200能够对本基于巨电流变液的软体驱动器从多个驱动单元100的同一侧对软体驱动器进行支撑，使得多个驱动单元100的同一侧的强度提升，提高了本基于巨电流变液的软体驱动器的使用寿命。

在使用时，向中间变刚度块210通入电流时，中间变刚度块210的刚度提升，能够对多个驱动单元100的同一侧的进行支撑；不向中间变刚度块210通入电流时，中间变刚度块210的刚度降低，使得多个驱动单元100能够自由运动。

其中，中间变刚度块210的工作原理与网格变刚度块120的工作原理相同，也能够基于巨电流变液对中间变刚度块210和网格变刚度块120的刚度进行调节。

在一些实现方式中，侧面驱动单元200还包括两个侧向变刚度块220，两个侧向变刚度块220和中间变刚度块210贴合在多个驱动单元100的同一侧，两个侧向变刚度块220分别设于中间变刚度块210的两侧。

具体地，两个侧向变刚度块220能够与中间变刚度块210相互配合工作，有利于本软体驱动器实现更明显的分段弯曲效果。其中，两个侧向变刚度块220的宽度比中间变刚度块210宽度更窄。

具体地，各个中间变刚度块210的轴线沿着侧面驱动单元200长度方向对齐，提高了本申请实施例的稳定性。

在使用时，通过分别向两个侧向变刚度块220通入电流，使得两个侧向变刚度块220的刚度提升，进而使得两个侧向变刚度块220配合中间变刚度块210灵活的进行刚度调节，提高了本基于巨电流变液的软体驱动器弯曲时的定型效果。

在一些实现方式中，如图2所示的，侧面驱动单元200的数量为至少三个，相邻的侧面驱动单元200之间设有间隙，使得相邻的侧面驱动单元200之间留有供变形的余量，使得侧面驱动单元200能够自由变形。

同时，相邻的侧面驱动单元200之间的间隙与相邻的网格变刚度块120之间的间隙对齐，使得相邻的网格变刚度块120之间本申请实施例能够实现更明显的分段弯曲效果。

示例性地，相邻的侧面驱动单元200之间的间隙大约为相邻的网格变刚度块120之间的间距的1至2倍。

同理地，在宽度方向，侧面驱动单元200的两个侧向变刚度块220到中间变刚度块210也留有间隙，为两个侧向变刚度块220和中间变刚度块210的变形留有余量。

示例性地，侧面驱动单元200的两个侧向变刚度块220到中间变刚度块210的间距大约为相邻的侧面驱动单元200之间间距的0.5至1倍。

在一些实现方式中，如图1和图2所示的，本申请实施例还包括头部驱动单元300，头部驱动单元300连接在多个驱动单元100的第一端，头部驱动单元300包括第一流体网格310和第一网格变刚度块320，第一网格变刚度块320连接于第一流体网格310靠近多个驱动单元100的一端，第一流体网格310靠近第一网格变刚度块320的一侧刚度小于第一流体网格310远离第一网格变刚度块320的一侧的刚度。

具体地，第一网格变刚度块320的结构和工作原理与网格变刚度块120的结构和工作原理相同，通过设置第一网格变刚度块320在第一流体网格310的一端，使得第一流体网格310的一端能够变形运动，实现驱动本基于巨电流变液的软体驱动器的运动。同时，第一流体网格310靠近第一网格变刚度块320的一侧刚度小于第一流体网格310远离第一网格变刚度块320的一侧的刚度，使得第一流体网格310远离第一网格变刚度块320的一侧的刚度较大，第一流体网格310远离第一网格变刚度块320的一侧不会受到驱动流体的挤压变形，提高了本基于巨电流变液的软体驱动器的使用效果。

需要说明的是，为了实现第一流体网格410靠近第一网格变刚度块420的一侧刚度小于第一流体网格410远离第一网格变刚度块420的一侧的刚度，可以将第一流体网格410靠近第一网格变刚度块420的一侧的厚度设置为小于第一流体网格410远离第一网格变刚度块420的一侧的厚度；也可以通过使用不同材料的方式实现第一流体网格410靠近第一网格变刚度块420的一侧刚度小于第一流体网格410远离第一网格变刚度块420的一侧的刚度，本申请实施例对此不作限制。

在一些实现方式中，如图1和图2所示的，本申请实施例还包括尾部驱动单元400，尾部驱动单元400连接在多个驱动单元100的第二端，尾部驱动单元400包括第二流体网格410和第二网格变刚度块420，第二网格变刚度块420连接于第二流体网格410靠近多个驱动单元100的一端，第二流体网格410靠近第二网格变刚度块420的一侧刚度小于第二流体网格410远离第二网格变刚度块420的一侧的刚度。

具体地，第二网格变刚度块420的结构和工作原理与网格变刚度块120的结构和工作原理相同，通过设置第二网格变刚度块420在第二流体网格410的一端，使得第二流体网格410的一端能够变形运动，实现驱动本基于巨电流变液的软体驱动器的运动。同时，第二流体网格410靠近第二网格变刚度块420的一侧刚度小于第二流体网格410远离第二网格变刚度块420的一侧的刚度，使得第二流体网格410远离第二网格变刚度块420的一侧的刚度较大，第二流体网格410远离第二网格变刚度块420的一侧不会受到驱动流体的挤压变形，提高了本基于巨电流变液的软体驱动器的使用效果。

在一些实现方式中，网格变刚度块120包括第一壳体121、第一支撑柱122和两个第一电极片123，第一壳体121内设有第一巨电流变液容腔124，第一支撑柱122和两个第一电极片123设于第一壳体121内，两个第一电极片123分别设于第一巨电流变液容腔124的两侧，两个第一电极片123用于分别连接电源正负极，第一支撑柱122用于分隔开两个第一电极片123。图3是本申请一实施例提供的网格变刚度块的立体分解结构示意图，如图3所示的，，第一壳体121的第一巨电流变液容腔124用于容纳第一巨电流变液124a，两个第一电极片123用于向第一巨电流变液124a通入电流，第一支撑柱122能够防止变刚度块变形时造成两个第一电极片123短接。

具体地，第一壳体121和第一支撑柱122的材料可采用聚氨酯、硫化橡胶等不含硅元素的软体材料，避免巨电流变液中的硅油和第一壳体121和第一支撑柱122发生反应造成变刚度块失效，提高了本申请实施例的工作寿命。

在一些实现方式中，中间变刚度块210和侧向变刚度块220分别包括柔性电极片201、第二壳体202、第二支撑柱203和一个第二电极片204，柔性电极片201和第二壳体202之间密封设置有第二巨电流变液容腔205，第二支撑柱203和第二电极片204设于第二巨电流变液容腔205内，柔性电极片201和第二电极片204用于分别连接电源正负极，第二支撑柱203用于分隔开柔性电极片201和第二电极片204。

图4是本申请一实施例提供的侧面驱动单元的立体分解结构示意图，如图4所示的，柔性电极片201和第二壳体202可以密封连接，以在柔性电极片201和第二壳体202之间形成第二巨电流变液容腔205，第二巨电流变液容腔205用于容纳第二巨电流变液205a，柔性电极片201和第二电极片204能够向第二巨电流变液205a通入电流，使得第二巨电流变液205a的刚度发生变化，第二支撑柱203设置在柔性电极片201和第二电极片204之间，第二支撑柱203用于防止柔性电极片201和第二电极片204短接。

在一些实现方式中，如图4所示的，所有中间变刚度块210和所有侧向变刚度块220的柔性电极片201一体成型。通过将所有中间变刚度块210和所有侧向变刚度块220的柔性电极片201设置成一体结构，使得所有中间变刚度块210和所有侧向变刚度块220的柔性电极片201能够共用一个柔性电极片201，柔性电极片201为柔性导电材料制成，能够向所有中间变刚度块210和所有侧向变刚度块220通入电流。

在一些实现方式中，一体成型的柔性电极片201还与多个驱动单元100连接。一体成型的柔性电极片201可以直接与多个驱动单元100粘连连接，实现多个驱动单元100之间的相互连接。柔性电极片201可以为不可拉伸的柔性导电材料制成，不会造成多个驱动单元100在连接柔性电极片201的一侧伸长，使得本软体驱动器顺利实现弯曲变形运动。所有中间变刚度块210和所有侧向变刚度块220共用一个一体成型的柔性电极片201相互连接和接入电源，使得柔性电极片201起到导电作用和结构上的支撑作用，提高了本软体驱动器的集成化程度。

示例性地，一体成型的柔性电极片201的厚度可以为1至2mm；第一电极片123和第二电极片204可以为铜箔制成，第一电极片123和第二电极片204的厚度可以为0.04至0.06mm。

在一些实现方式中，如图2所示的，每个流体网格110的外侧壁上设有用于连接侧面驱动单元200的安装面113，安装面113呈平面形，每个流体网格110在安装面113的对侧呈拱形结构114。

具体地，安装面113用于与侧面驱动单元200连接，侧面驱动单元200可以制造为平面形，使得侧面驱动单元200便于生产加工。同时，平面形的侧面驱动单元200与呈平面形的安装面113能够更方便地安装，提高了侧面驱动单元200的安装稳定性。每个流体网格110在安装面113的对侧呈拱形结构114，使得每个流体网格110在安装面113的对侧呈圆滑设计，方便流体网格110在制作过程中取模，避免了流体网格110在制作过程中在转角位置处形成气泡，提高了流体网格110的生产良品率。

在一些实现方式中，如图1和图2所示的，多个驱动单元100的流体腔111依次连通，至少一个驱动单元100的流体腔111上设有用于通入驱动流体的流体管道112，流体管道112和多个驱动单元100的流体腔111位于同一直线上。

具体地，流体管道112用于向多个驱动单元100通入驱动流体，同时流体管道112和多个驱动单元100的流体腔111位于同一直线上，使得驱动流体不会直接冲击多个驱动单元100的流体腔111的侧壁，避免了驱动单元100的流体腔111的侧壁疲劳过度，提高了本申请实施例的寿命。

本申请实施例在使用时，本专利中每个变刚度块只需引出两根0.1mm的柔软导线，导线对本申请实施例的运动影响基本可以忽略。

本申请实施例中的所有流体腔111只需要一个驱动流体的输入源，其余所有巨电流变液变刚度块的刚度均可通过电脑进行编程控制，使得本申请实施例原理简单、应用简便，且易于控制。

本申请实施例中每个流体网格两侧的变刚度模块的刚度都可以无级调节，在驱动流体的相同压强、变刚度块的不同刚度组合下，本申请实施例中的软体驱动器可实现多自由度、变自由度运动，使软体爬行机器人具有更多运动模式，适应不同环境地形。

本申请实施例通过改变底板变刚度块的刚度，能够实现本软体驱动器的侧弯效果，以实现软体爬行机器人的前进、后退和转向，能够提高侧边上的底板变刚度块的刚度后，通过向流体网格内注入驱动流体，软体驱动器会朝着变刚度块的高刚度侧发生侧向弯曲。下面对本申请实施例中的基于巨电流变液的软体驱动器的运动状态进行具体举例说明。

图5是本申请一实施例提供的基于巨电流变液的软体驱动器的运动状态示意图，如图5所示的，本软体驱动器上的所有网格变刚度块120和侧面驱动单元200均接到外部继电器以及高压电源，流体网格110的接口通过流体管道112连接到外部的阀和泵。首先，根据需要的软体驱动器的运动模式将对应的第一电极片123、第二电极片204和柔性电极片201通电，使得相应的网格变刚度块120和侧面驱动单元200内部的巨电流变液固化，从而使该网格变刚度块120的刚度提高。然后，从导管通入驱动流体并利用外部的泵和阀调节驱动器内的压强大小来实现驱动器弯曲。当运动到所需的运动形态时，再向其余未通电的网格变刚度块120和侧面驱动单元200通电，使得剩余的所有网格变刚度块120和侧面驱动单元200的刚度提高，可以进一步提高本软体驱动器的承载能力。

如图5所示的，图(a)、图(b)、图(c)、图(d)和图(e)中的软体驱动器的侧面驱动单元200均没有通电，图(f)、图(g)、图(h)、图(i)和图(j)中根据需要的驱动器模式提高对应的侧面驱动单元200的刚度。

例如，在图5中(a)图中，左边七个驱动单元100对应的网格变刚度块120为高刚度，同时所有侧面驱动单元200均处于低刚度状态。又例如，通过将在图5中(a)图中的六个侧面驱动单元200转换到高刚度状态，则得到图5中(f)图所示的运动状态。就这样，通过控制对应的驱动单元100的网格变刚度块120和侧面驱动单元200的刚度状态，可以顺利实现软体驱动器的各种工作模式变化。

示例性地，具体的驱动单元100的网格变刚度块120和侧面驱动单元200的形态对应控制状态如下表1。其余构型的软体驱动器实现方式原理与表1中的控制状态大致相同，这里不再赘述。

表1

在表1中，网格变刚度块按照从左至右进行编号，每个驱动单元100对应两个网格变刚度块120，得到编号分别为11～20的网格变刚度块。图6是本申请一实施例提供的基于巨电流变液的软体驱动器的仰视结构示意图，在表1中，侧面驱动单元的编号按照如图6所示的编号确定。

需要说明的是，上述的运动模式效果图只是对本软体驱动器的形态进行示意表示，而本软体驱动器的弯曲程度可以通过控制本软体驱动器的内部流体压力来进行调节。

可以理解的是，上述的实施例中的软体驱动器的侧面驱动单元200的数量为3个，3个侧面驱动单元200将本软体驱动器沿着长度方向分为三段，实际上可以通过增删这类侧面驱动单元200的数目，使得本软体驱动器可以分为更多段从而使得本软体驱动器的运动模式变化更加多样，由此可以为软体爬行机器人提供更多各种可能的工作模式。

可以理解的是，上述的实施例中的软体驱动器中的网格变刚度块120沿着长度方向将本软体驱动器按照三段来分组，实现本软体驱动器的变刚度效果，实际上本软体驱动器可以任意调节每个网格变刚度块120的刚度使得本软体驱动器的运动模式变化更加多样，由此可以为本软体驱动器带来各种新的工作模式。

图7是本申请一实施例提供的基于巨电流变液的软体驱动器的不同运动状态的结构示意图，如图7所示的，图7中(a)图是本基于巨电流变液的软体驱动器的正视图，图7中(b)图是本基于巨电流变液的软体驱动器的后视图，图7中(c)图是本基于巨电流变液的软体驱动器的右视图，通过提高侧面驱动单元200沿长度方向的中间变刚度块210和侧向变刚度块220的三个变刚度块的刚度，使得本申请实施例中的软体驱动器能够实现朝着高刚度侧弯曲。

本申请实施例还提供了一种爬行机器人，包括控制器500、泵510、阀520、高压电源530、继电器540和多个上述的软体驱动器，泵510和阀520和流体管道112通过管道依次连接，阀520为电磁阀，控制器500与阀520电连接。控制器500还与继电器540电连接，高压电源530通过继电器540分别与第一电极片123、第二电极片204和柔性电极片201电连接。

其中，继电器540内设有与控制器500电连接的小电流控制电路，以及与高压电源530连接的大电流被控制电路，大电流被控制电路与相应的第一电极片123、第二电极片204和柔性电极片201电连接，以实现对第一电极片123、第二电极片204和柔性电极片201的供电控制。

图8是本申请一实施例提供的爬行机器人的控制结构示意图，如图8所示的，控制器500能够同时控制网格变刚度块120、中间变刚度块210和侧向变刚度块220的刚度，并能够控制泵510和阀520向流体管道112通过管道通入驱动流体，进而实现对本爬行机器人的运动状态的控制。

图9是本申请一实施例提供的爬行机器人的运动过程示意图，如图9所示的，爬行机器人具有软体驱动器1、软体驱动器2、软体驱动器3和软体驱动器4，在爬行方向上，爬行机器人的运动状态按照运动状态0至运动状态4运动，本申请实施例中的软体驱动器应用在软体爬行机器人前进运动工作过程为：

运动状态0：所有的软体驱动器内充入驱动流体，且所有的网格变刚度块120和侧面驱动单元200处于低刚度。

运动状态1：从软体驱动器2和软体驱动器3内抽出驱动流体，使软体驱动器2和软体驱动器3离开地面。

运动状态2：软体驱动器2和软体驱动器3的靠近前进方向侧的侧向变刚度块220处于高刚度状态，然后向软体驱动器2和软体驱动器3的靠近前进方向侧的侧向变刚度块220内充入驱动流体，使得软体驱动器2和软体驱动器3朝着前进方向产生侧向弯曲。

运动状态3：从软体驱动器1和软体驱动器4内抽出驱动流体，使软体驱动器1和软体驱动器4离开地面，同时，软体驱动器2和软体驱动器3内的所有网格变刚度块120和侧面驱动单元200恢复到低刚度状态，使得软体驱动器2和软体驱动器3恢复到爬行机器人的各个正常的对称的弯曲状态，实现爬行机器人的向前爬行运动。

运动状态4：向软体驱动器1和软体驱动器4内充入驱动流体，使得软体驱动器1和软体驱动器4发生弯曲，使软体驱动器1和软体驱动器4与地面接触，实现本爬行机器人稳定站立于地面的状态。

具体地，重复运动状态0至运动状态4，即可实现本爬行机器人的向前爬行运动。

上述的实施例中，爬行机器人采用对角的驱动器实现相同程度的侧向弯曲，实现爬行机器人的向前爬行。实际上，通过调节软体驱动器上对角的侧向变刚度块220变刚度块刚度，可实现本爬行机器人的向前转弯爬行运动。本爬行机器人的转弯的角度和前进的距离，取决于软体驱动器的结构尺寸和材料，以及对应变刚度块的结构尺寸、材料和刚度等。

图10是本申请一实施例提供的爬行机器人的跨越障碍物时的结构示意图，如图10所示的，本实施例中的软体驱动器应用在软体爬行机器人跨越不同高度障碍物时的实用效果对比图参见图10，在本爬行机器人的爬行过程中，通过将网格变刚度块120和侧面驱动单元200进行组合控制，即可以调整本爬行机器人的高度，实现跨越不同高度障碍物。将图5中(f)图至图5中(j)图的驱动器工作模式应用到爬行机器人上，实现的效果对比图参见图10中(a)图至图10中(e)图。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于巨电流变液的软体驱动器，其特征在于，包括多个驱动单元(100)，每个驱动单元(100)包括一个流体网格(110)和两个网格变刚度块(120)，所述流体网格(110)内设有用于容纳驱动流体的流体腔(111)，所述两个网格变刚度块(120)分别设于所述流体网格(110)的两端，所述流体网格(110)的侧壁能够限制所述流体网格(110)的周向变形，所述网格变刚度块(120)能够通过巨电流变液改变刚度，以使得所述流体腔(111)中的驱动流体带动所述驱动单元(100)轴向变形；

所述多个驱动单元(100)的同一侧依次连接，所述多个驱动单元(100)的同一侧设有沿着所述多个驱动单元(100)设置的侧面驱动单元(200)，所述侧面驱动单元(200)能够驱动所述多个驱动单元(100)侧向变形。

2.如权利要求1所述的基于巨电流变液的软体驱动器，其特征在于，所述侧面驱动单元(200)包括中间变刚度块(210)，所述中间变刚度块(210)贴合在所述多个驱动单元(100)的同一侧。

3.如权利要求2所述的基于巨电流变液的软体驱动器，其特征在于，所述侧面驱动单元(200)还包括两个侧向变刚度块(220)，所述两个侧向变刚度块(220)和所述中间变刚度块(210)贴合在所述多个驱动单元(100)的同一侧，所述两个侧向变刚度块(220)分别设于所述中间变刚度块(210)的两侧。

4.如权利要求3所述的基于巨电流变液的软体驱动器，其特征在于，所述侧面驱动单元(200)的数量为至少三个，相邻的所述侧面驱动单元(200)之间设有间隙。

5.如权利要求4所述的基于巨电流变液的软体驱动器，其特征在于，还包括头部驱动单元(300)，所述头部驱动单元(300)连接在所述多个驱动单元(100)的第一端，所述头部驱动单元(300)包括第一流体网格(310)和第一网格变刚度块(320)，所述第一网格变刚度块(320)连接于所述第一流体网格(310)靠近所述多个驱动单元(100)的一端，所述第一流体网格(310)靠近所述第一网格变刚度块(320)的一侧刚度小于所述第一流体网格(310)远离所述第一网格变刚度块(320)的一侧的刚度。

6.如权利要求5所述的基于巨电流变液的软体驱动器，其特征在于，还包括尾部驱动单元(400)，所述尾部驱动单元(400)连接在所述多个驱动单元(100)的第二端，所述尾部驱动单元(400)包括第二流体网格(410)和第二网格变刚度块(420)，所述第二网格变刚度块(420)连接于所述第二流体网格(410)靠近所述多个驱动单元(100)的一端，所述第二流体网格(410)靠近所述第二网格变刚度块(420)的一侧刚度小于所述第二流体网格(410)远离所述第二网格变刚度块(420)的一侧的刚度。

7.如权利要求4所述的基于巨电流变液的软体驱动器，其特征在于，所述网格变刚度块(120)包括第一壳体(121)、第一支撑柱(122)和两个第一电极片(123)，所述第一壳体(121)内设有第一巨电流变液容腔(124)，所述第一支撑柱(122)和所述两个第一电极片(123)设于所述第一壳体(121)内，所述两个第一电极片(123)分别设于所述第一巨电流变液容腔(124)的两侧，所述两个第一电极片(123)用于分别连接电源正负极，所述第一支撑柱(122)用于分隔开所述两个第一电极片(123)；

所述中间变刚度块(210)和所述侧向变刚度块(220)分别包括柔性电极片(201)、第二壳体(202)、第二支撑柱(203)和一个第二电极片(204)，所述柔性电极片(201)和所述第二壳体(202)之间密封设置有第二巨电流变液容腔(205)，所述第二支撑柱(203)和所述第二电极片(204)设于所述第二巨电流变液容腔(205)内，所述柔性电极片(201)和所述第二电极片(204)用于分别连接电源正负极，所述第二支撑柱(203)用于分隔开所述柔性电极片(201)和所述第二电极片(204)，所有所述中间变刚度块(210)和所有侧向变刚度块(220)的所述柔性电极片(201)一体成型，所述柔性电极片(201)还与所述多个驱动单元(100)连接。

8.如权利要求7所述的基于巨电流变液的软体驱动器，其特征在于，每个流体网格(110)的外侧壁上设有用于连接所述侧面驱动单元(200)的安装面(113)，所述安装面(113)呈平面形，每个流体网格(110)在所述安装面(113)的对侧呈拱形结构(114)。

9.如权利要求8所述的基于巨电流变液的软体驱动器，其特征在于，所述多个驱动单元(100)的流体腔(111)依次连通，至少一个驱动单元(100)的流体腔(111)上设有用于通入驱动流体的流体管道(112)，所述流体管道(112)和所述多个驱动单元(100)的流体腔(111)位于同一直线上。

10.一种爬行机器人，其特征在于，包括控制器(500)、泵(510)、阀(520)、高压电源(530)和多个如权利要求9中所述的软体驱动器，所述泵(510)和所述阀(520)和所述流体管道(112)通过管道依次连接，所述控制器(500)分别与所述阀(520)和所述继电器(540)电连接，所述高压电源(530)通过所述继电器(540)分别与所述第一电极片(123)、所述第二电极片(204)和所述柔性电极片(201)电连接。

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