CN117429528B - 一种磁驱软体爬杆机器人及植物生理信息感知方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种磁驱软体爬杆机器人及植物生理信息感知方法，涉及软体机器人领域，包括软体机器人主体，由至少三个单元体依次连接形成套筒式结构，用于套设在爬杆上；致动模块，包括若干镶嵌在单元体内的磁性单元；外驱动模块，沿爬杆的轴向移动，并产生与移动方向相垂直的磁场，带动软体机器人主体沿爬杆轴向蠕动爬行；以及柔性感知模块，包括柔性基板和布置在柔性基板上的传感电路，传感电路用于在软体机器人主体爬行过程中对外界信息进行感知测量。本发明能够实现在细小杆体或者狭窄空间中杆体上的无线驱动爬行与信息感知，特别地，本发明能安装在植物茎秆上，通过柔性感知模块知对植物的相关生理信息进行测量感知，具有较好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及软体机器人的领域，具体涉及一种磁驱软体爬杆机器人及植物生理信息感知方法。
背景技术
机器人已经被广泛用于工业生产、生活起居、医疗服务、勘探检测、军事、农业等各个领域。传统的机器人都是基于刚性材料（如:金属、塑料等）组成的结构，虽然能够完成各种任务，但是这类机器人运动灵活性有限，环境适应能力比较低，只能在结构化的环境下工作，较大尺寸和刚性结构无法进入狭小的空间。
例如，中国专利文献（CN110588824A）公开了一种可分离磁吸式的爬杆机器人及其操作方法，机器人包括：躯干；第一手抓，可旋转的设置于所述躯干的一端；第一舵机，驱动所述第一手抓转动；第二手抓，可旋转的设置于所述躯干的另一端；第二舵机，驱动所述第二手抓转动；所述第一手抓包括：所述第一电磁块和所述第二电磁块分别设置于所述第一手掌的两端，所述第一手掌与所述躯干转动相连；所述第二手抓与第一手抓结构相同；以及包括电路器件和动力电池。
上述技术方案为采用刚性材料的机器人结构。除了环境适应能力外，如果涉及到与生物体的交互任务，刚性的机器人容易对生物组织造成损伤。这些缺点限制了刚性机器人在动态、未知的复杂环境中的应用，比如狭小空间内的探测、生物体生理信息检测等。在自然界中，软体动物广泛分布于海洋和陆地上，这类动物体内没有坚硬的骨头，其身上的软体组织具有可形变、质量轻等特点，能够通过改变身体形状来适应复杂的环境从而进行运动。受这类软体动物的启发，软体机器人成为当下的研究热点。这种机器人一般由弹性模量较低的软体材料组成，具备无限自由度和分布式连续变形能力，通过模拟自然生物的形态结构，能够在狭窄空间爬行、蠕动，或者是沿着墙壁、圆杆等表面攀爬，以及与动植物生物体进行交互作用。因此，与传统刚性机器人相比，软体机器人在复杂环境勘测、柔性传感、生物生理信息监测等领域具有广阔的应用前景。
又如，中国专利文献（CN106965868B）公开了一种气动软体爬杆机器人，包括软体机器人本体、电磁夹紧装置、驱动控制系统和遥控设备。软体机器人本体为设有开口的环形，且截面为圆形。软体机器人本体设有中心容纳空腔和若干个密闭气腔。软体机器人本体具有三个刚度逐渐递增的材料层，分别为变形层、中间层和约束层。电磁夹紧装置包括设在两个开口端面上的电磁铁A和电磁铁B。驱动控制系统设置在中心容纳空腔内，驱动控制系统包括充气控制阀、气泵、微型控制器和便携电源。便携电源用于向电磁铁A和电磁铁B供电，遥控设备与微型控制器无线连接。该技术方案采用软体材料构建，虽能攀爬一定程度的弯管，但并不具备感知功能。
软体爬行机器人是软体机器人中最常见的一大类，目前，软体爬行机器人的种类有很多，但是大部分软体机器人都是在平面、近平面或者不规则表面爬行，能在杆体爬行的机器人大部分是刚性结构或者体积很大，并且这些机器人基本都是通过电线或者管道连接提供驱动力，尚未有能在细小杆体、植物茎秆或者狭窄空间中的杆体上爬行的无线驱动软体机器人。
此外，大部分软体机器人都不具备感知功能，将传感模块集成到软体机器人方面的工作目前还存在不少挑战，通常将传感模块嵌入到软体机器人内部，由于传感模块与软体机器人材料的不匹配，会导致软体机器人的灵活性受到影响；另外，嵌入到软体机器人内部的传感模块还存在难以更换和维修不便的问题。因此，制备具备感知功能的软体爬行机器人也是目前的难点。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种磁驱软体爬杆机器人及植物生理信息感知方法，能够实现在细小杆体、植物茎秆或者狭窄空间中的杆体上的无线驱动爬行，并能通过集成在体表的柔性感知模块进行相关信息测量感知，具有较好的应用前景。
本发明的目的是通过如下技术方案来完成的：一种磁驱软体爬杆机器人，包括：
软体机器人主体，由至少三个单元体依次连接形成套筒式结构，用于套设在爬杆上；
致动模块，包括若干镶嵌在所述单元体内的磁性单元；
外驱动模块，沿爬杆的轴向移动，在移动过程中与磁性单元配合产生与移动方向相垂直的周期性变化的磁场，所述磁场用于对所述磁性单元施加沿爬杆径向向外的作用力，改变所述单元体相对爬杆的摩擦力使得所述单元体发生形变，使摩擦力减小的所述单元体朝所述磁场移动的方向滑动，带动软体机器人主体沿爬杆轴向蠕动爬行；
柔性感知模块，包括贴附在软体机器人主体外表面上的柔性基板和布置在柔性基板上的传感电路，传感电路用于在软体机器人主体爬行过程中对外界信息进行感知测量。
作为进一步的技术方案，所述软体机器人主体中，各单元体的中心点不共线；所述单元体采用带缺口的拱形结构，缺口开设在单元体上远离拱形结构的一侧，爬杆从最前端的单元体的缺口中穿入软体机器人主体，并从最后端的单元体的缺口中穿出软体机器人主体。
作为进一步的技术方案，所述软体机器人主体中，在次序为奇数的所述单元体内镶嵌一个磁性单元，在次序为偶数的所述单元体上设置开口，开口方向与爬杆的轴向平行，在开口的两个端面上均设置一个磁性块，用于相互配合吸附，控制开口开启、扣合，且二个磁性块吸附时组成一个磁性单元。
作为进一步的技术方案，次序为奇数的所述单元体内的磁性单元与次序为偶数的所述单元体内的磁性单元磁极方向相反，次序为偶数的所述单元体上的二个磁性块磁极方向相同。
作为进一步的技术方案，还包括微型温湿度传感器和柔性薄膜加热片，所述软体机器人主体采用弹性材料制成，在弹性材料内开设用于置入所述磁性单元的空腔以及用于安装微型温湿度传感器和柔性薄膜加热片的腔体，在软体机器人主体外表面与所述腔体相对应位置处开设通孔，微型温湿度传感器和柔性薄膜加热片利用通孔与柔性感知模块电连接，受柔性感知模块控制进行工作。
作为进一步的技术方案，所述弹性材料为柔性树脂Ultracur3D FL300或者弹性硅胶Ecoflex，通过3D打印或者模具倒模制成软体机器人主体；所述通孔内部注入导电银浆。
作为进一步的技术方案，所述柔性基板采用聚二甲基硅氧烷制成，其形状与软体机器人主体的外侧表面展开成平面后的形状一致，且安装后随软体机器人主体一同发生形变；传感电路通过丝网印刷或者激光刻蚀导电薄膜的方式制备在柔性基板表面，传感电路包括若干元器件和电连接在各元器件之间的可拉伸蛇形导线，元器件用于控制微型温湿度传感器和柔性薄膜加热片工作并获取测量数据，并与外部设备进行通信。
作为进一步的技术方案，所述外驱动模块包括永磁体和带动永磁体沿爬杆的轴向移动的传送带装置。
一种植物生理信息感知方法，采用上述磁驱软体爬杆机器人实现，包括以下步骤：
步骤一、安装：打开软体机器人主体的开口，以植物茎秆作为爬杆，将软体机器人主体套设在植物茎秆的初始位置上，然后扣合开口；
步骤二、爬行：设置好永磁体的磁极方向，启动外驱动模块的传送带装置，带动永磁体沿爬杆的轴向移动，在永磁体的磁场作用下，软体机器人主体开始沿爬杆轴向蠕动爬行；
步骤三、感知：在软体机器人主体沿爬杆轴向蠕动爬行的过程中，微型温湿度传感器和柔性薄膜加热片与植物茎秆接触，实时测量并记录植物的生理信息；
步骤四、返回：改变传送带装置的运动方向，带动永磁体沿步骤二中相反的方向移动，使得软体机器人主体沿步骤二中相反的方向爬行，直至回到步骤一所述的初始位置，打开开口，取下软体机器人主体，通过柔性感知模块获取步骤三中测得的植物生理信息。
作为进一步的技术方案，所述步骤三中，在植物茎秆上选取多个测量位置并停留，采集多组植物生理信息；所述植物生理信息包括温湿度数据和植物的茎流速率，测量茎流速率时，由柔性感知模块控制微型温湿度传感器和柔性薄膜加热片同时开始工作，柔性薄膜加热片工作时产生的热量，会在植物茎秆内部茎流流动的影响下，沿植物茎秆各向异性传导，通过分布在柔性薄膜加热片两侧的微型温湿度传感器分别测量植物茎秆上下游的温度变化，计算温度差值，当茎流速率不同时，上下游测量的温度差值发生不同的变化，依此对植物的茎流速率进行测量。
本发明的有益效果为：
1、本发明的机器人主体完全采用软弹性材料构成，灵活性高，具有良好的环境适应性和稳定性，能在安装贴合在杆体表面运动；
2、本发明的软体机器人结构简单，重量轻且可微型化，通过外磁场进行无线驱动，能够用于细小杆体、植物茎秆，以及狭窄环境中的杆体上往返爬行运动；
3、本发明的软体机器人表面集成有柔性感知模块，能随软体机器人主体发生形变，同时感知模块便于更换和维修，并且能够在不影响机器人灵活性的情况下进行信息感知，通过集成相关传感器能够对植物生理信息进行测量，此外在一些环境勘测的工作场景中具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明的立体结构示意图1。
图2为本发明的立体结构示意图2。
图3为本发明的主视结构示意图。
图4为本发明的结构爆炸图。
图5为本发明的纵向截面结构示意图。
图6为本发明的横向截面结构示意图。
图7为本发明中致动模块磁性体磁极方向示意图。
图8为本发明中柔性感知模块的平面展开示意图。
图9为本发明中外驱动模块进行驱动时的结构示意图。
图10为本发明中软体爬杆机器人运动过程示意图。
图11为本发明中植物生理信息感知方法的流程示意图。
图12为本发明中微型温湿度传感器和柔性薄膜加热片在软体机器人主体上的装配结构主视图。
图13为本发明中微型温湿度传感器和柔性薄膜加热片在软体机器人主体上的装配结构剖视图。
图14（a）为本发明中微型温湿度传感器和柔性薄膜加热片在软体机器人主体上的装配结构仰视图。
图14（b）为本发明中微型温湿度传感器和柔性薄膜加热片在软体机器人主体上的装配结构俯视图。
图15为本发明中柔性薄膜加热片相对第二单元体的装配结构示意图。
图16为本发明进行茎流速率测量时的结构示意图（图中爬杆为植物茎秆，且隐藏软体机器人主体结构）。
附图标记说明：软体机器人主体1、第一单元体11、第一空腔111、第一缺口112、第二单元体12、第二空腔121、第三空腔122、第二缺口123、第三单元体13、第四空腔131、第三缺口132、开口14、柔性感知模块2、柔性基板21、传感电路22、元器件221、可拉伸蛇形导线222、中心孔23、致动模块3、第一磁性体31、第二磁性体32、第三磁性体33、第四磁性体34、弹性材料4、爬杆5、外驱动模块6、传送带装置61、永磁体62、微型温湿度传感器7、柔性薄膜加热片8、通孔9。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做详细的介绍：
实施例1：如附图1~图16所示，一种磁驱软体爬杆机器人，包括软体机器人主体1、第一单元体11、第一空腔111、第一缺口112、第二单元体12、第二空腔121、第三空腔122、第二缺口123、第三单元体13、第四空腔131、第三缺口132、开口14、柔性感知模块2、柔性基板21、传感电路22、元器件221、可拉伸蛇形导线222、中心孔23、致动模块3、第一磁性体31、第二磁性体32、第三磁性体33、第四磁性体34、弹性材料4、爬杆5、外驱动模块6、传送带装置61、永磁体62、微型温湿度传感器7、柔性薄膜加热片8和通孔9。
参考附图1~图4，软体机器人主体1由三个单元体（第一单元体11、第二单元体12和第三单元体13）依次连接形成带开口14的套筒式结构，整体外观仿生爬行的尺蠖，能够套设在爬杆5上。在软体机器人主体1中，各单元体的中心点不共线（不在同一条直线上）。单元体采用带缺口的拱形结构，缺口开设在单元体上远离拱形结构的一侧（第一单元体11上对应开设第一缺口112、第二单元体12上对应开设第二缺口123、第三单元体13上对应开设第三缺口132），爬杆5从最前端的单元体的缺口（即第一单元体11的第一缺口112）中穿入软体机器人主体1，并从最后端的单元体的缺口（即第三单元体13的第三缺口132）中穿出软体机器人主体1。
进一步的，如图5、图6所示，机器人主体1采用弹性材料4制成，软体机器人主体1的制备材料为可进行3D打印的柔性树脂Ultracur3D FL300或者弹性硅胶Ecoflex，应当理解的是，制备材料也可以是其他具有弹性的材料。通过3D打印或者模具倒模的方式一体制备成软体机器人的主体，同时软体机器人主体能够在受力情况下发生形变并恢复。在第一单元体11和第三单元体13上对应的弹性材料4内各设有一个位于内表面的内陷空腔（即第一空腔111和第四空腔131），在第二单元体12上设有开口14，如图2、图6所示，开口14处能够贴合接触的两端表面各有一个内陷空腔（即第二空腔121、第三空腔122）。软体机器人通过打开第二单元体的开口14，能够安装在爬杆5上，之后再将开口14贴合封口。优选地，开口14方向与爬杆5的轴向平行，在开口14的两侧端面上均设置一个磁性块，图6所示，分别为第二磁性体32、第三磁性体33，二者的磁极方向相同（均为S极朝上、N极朝下）能够相互配合吸附，控制开口14开启、扣合，当二者吸附时共同组成一个磁性单元。第一空腔111内置入第一磁性体31，第四空腔131内置入第四磁性体34，二者的磁极方向相同，均为N极朝上、S极朝下，且与第二磁性体32、第三磁性体33的方向相反，如图7所示，各磁性体为钕铁硼永磁铁，也可以是其他具有磁性的材料，永磁铁嵌入安装在各个空腔中，利用胶水进行粘连固定，且永磁铁的磁极方向为垂直于永磁体与爬杆5接触点的切平面。此外，各磁性体（第一磁性体31、第二磁性体32、第三磁性体33、第四磁性体34）共同组成致动模块3。
本实施例中，图8所示的柔性感知模块2包括一块可拉伸柔性基板21和若干可拉伸传感电路22，在柔性基板21中心还开设一个与第二缺口123相对应的中心孔23，使得柔性基板21能够完全贴附在软体机器人主体1外表面上。可拉伸柔性基板21所使用的材料为高分子聚合物聚二甲基硅氧烷（PDMS），也可以是其他可拉伸柔性材料，通过模具倒模或者激光切割的方式制备出可拉伸柔性基板21，其形状与软体机器人主体1的外侧表面展开成平面后的形状一致，并可随软体机器人主体1一同发生形变。在可拉伸柔性基板21表面通过丝网印刷或者激光刻蚀导电薄膜等方式制备可拉伸传感电路22，传感电路22包括若干元器件221和电连接在各元器件221之间的可拉伸蛇形导线222，其中元器件221能够控制电路测量数据、储存数据，并与外部设备进行通信，发送测量数据。优选地，元器件221设置在软体机器人主体1运动时运动不会产生形变的区域，通过可拉伸蛇形导线222进行连接，确保传感电路22不会影响软体机器人的灵活性和运动性能，并且传感器电路在软体机器人运动过程中能够稳定工作。在一些实施例中，传感电路可通过小型锂电池或者纽扣电池进行供电。
本实施例中，如图9所示的外驱动模块6包括传送带装置61和固定在传送带装置61传送带上的永磁体62，外驱动模块置于安装有软体爬杆机器人的爬杆的下方且与爬杆方向平行。永磁体62的磁极方向与软体机器人的第二单元体12空腔中安装的第二磁性体32、第三磁性体33的磁极方向一致，在传送装置运行的过程中，永磁体62不断从安装在爬杆5上的软体机器人下方经过，产生垂直于移动方向的周期性变化磁场。磁场能够对磁性单元施加沿爬杆5径向向外的作用力，改变单元体相对爬杆5的摩擦力使得单元体（第一单元体11、第二单元体12和第三单元体13）发生形变，使摩擦力减小的单元体朝磁场移动的方向滑动，带动软体机器人主体1沿爬杆5轴向蠕动爬行。在一些实施例中，由于外界环境限制，难以布置传送带装置61，可通过手动移动永磁体62进行替代。
图10为软体爬杆机器人的爬杆运动示意图，以从左到右的爬杆过程为例，其运动过程分为三个阶段。
第一阶段：外加磁场从左向右运动到软体机器人主体1的第一单元体11下方的过程中，第一单元体11内部的第一磁性体31受到排斥力，第一单元体11在第一单元体11和第二单元体12连接体约束力的作用下左端抬起，发生弯曲变形，第一单元体11与爬杆5的接触面积变小，摩擦力减小；
第二阶段：外加磁场从软体机器人主体1的第一单元体11下方运动到第二单元体12下方的过程中，第二单元体12内部的第二磁性体32、第三磁性体33受到向下的拉力，使得第二单元体12在拉力的作用下发生形变，形变产生的作用力让第一单元体11和第三单元体13有向中间移动的趋势，由于第一单元体11与爬杆5的摩擦力小于第三单元体13与爬杆5的摩擦力，因此，第一单元体11向右移动，第二单元体12也向右移动；
第三阶段：外磁场从软体机器人主体1的第二单元体12下方运动到第三单元体13下方的过程中，第三单元体13内部的第四磁性体34受到向上的排斥力，第三单元体13在第二单元体12和第三单元体13连接体束缚力的作用下右端抬起，发生弯曲变形，第三单元体13与爬杆5的接触面积变小，摩擦力减小；第二单元体12发生的形变在外加磁场消失后恢复原状，恢复产生的作用力使得第一单元体11和第三单元体13有向左右两侧移动的趋势，由于第三单元体13与爬杆5的摩擦力小于第一单元体11与爬杆5的摩擦力，因此，第二单元体12向右移动，三单元体13也受力向右移动；
重复以上的过程，即可实现软体爬杆机器人在杆体（植物茎秆）上的位移。
此外，外加磁场还能通过其他的方式实施。由于软体机器人整体为左右对称的结构，通过将上述外加磁场的运动方向改成相反方向，能实现软体爬杆机器人的反方向爬行，因此可以实现软体机器人在杆体上的往返爬行运动。
实施例2：一种植物生理信息感知方法，采用上述植物生理信息感知的磁驱软体爬杆机器人实现，包括以下步骤：
步骤一、安装：打开软体机器人主体1的开口14，以植物茎秆作为爬杆5，将软体机器人主体1套设在植物茎秆的初始位置上，然后扣合开口14；
步骤二、爬行：设置好永磁体62的磁极方向，启动外驱动模块6的传送带装置61，带动永磁体62沿爬杆5的轴向移动，在永磁体62的磁场作用下，软体机器人主体1开始沿爬杆5轴向蠕动爬行；
步骤三、感知：在软体机器人主体1沿爬杆5轴向蠕动爬行的过程中，微型温湿度传感器7和柔性薄膜加热片8与植物茎秆接触，实时测量并记录植物的生理信息；优选地，在植物茎秆上选取多个测量位置并停留，采集多组植物生理信息；植物生理信息包括温湿度数据和植物的茎流速率，测量茎流速率时，由柔性感知模块2控制微型温湿度传感器7和柔性薄膜加热片8同时开始工作，柔性薄膜加热片8工作时产生的热量，会在植物茎秆内部茎流流动的影响下，沿植物茎秆各向异性传导，通过分布在柔性薄膜加热片8两侧的微型温湿度传感器7分别测量植物茎秆上下游的温度变化，计算温度差值，当茎流速率不同时，上下游测量的温度差值发生不同的变化，依此对植物的茎流速率进行测量。
步骤四、返回：改变传送带装置61的运动方向，带动永磁体62沿步骤二中相反的方向移动，使得软体机器人主体1沿步骤二中相反的方向爬行，直至回到步骤一的初始位置，打开开口14，取下软体机器人主体1，通过柔性感知模块2获取步骤三中测得的植物生理信息。
如图11所示，为植物生理信息感知方法的流程示意图，并展示了本发明的软体爬杆机器人的一个应用场景，本发明的软体爬杆机器人能够进入并在狭小空间的内部沿杆爬行，爬行运动到某一位置（或多个位置）后通过柔性感知模块感知测量相关数据，最后沿杆爬行回到起始位置回传所测得的数据。
如图12-图15所示，利用所述软体机器人可以对植物的生理信息进行测量，在软体机器人主体内侧集成有至少两个微型温湿度传感器7和一个柔性薄膜加热片8。所述微型温湿度传感器7嵌入在软体机器人主体第一单元体11和第三单元体13内侧的弹性材料4上，且相同尺寸体积大小的空腔中，柔性薄膜加热片8则贴附在软体机器人主体第二单元体12对应弹性材料4的内表面。
优选地，微型温湿度传感器7的型号为SHT40-CD1B，尺寸为长1.5毫米×宽1.5毫米×高0.5毫米。柔性薄膜加热片8由聚酰亚胺薄膜制成，作为外绝缘体，金属箔或金属线封装在内部用作内部导电加热元件，厚度为0.1毫米。
在软体机器人主体上特定位置打有通孔9，在通孔9内部注入导电银浆或者其他导电物质，通过通孔9来实现微型温湿度传感器7、柔性薄膜加热片8与软体机器人主体外侧表面柔性感知模块2的导电连接，通过柔性感知模块2上的控制电路来控制微型温湿度传感器7和柔性薄膜加热片8的工作状态，同时微型温湿度传感器7和柔性薄膜加热片8能够向柔性感知模块2发送测量数据。
在一些实施方式中，将软体机器人安装在植物茎秆表面，如图16所示，爬杆5为植物茎秆，可以通过微型温湿度传感器7来测量植物体表的温湿度，通过外驱动磁场驱动软体机器人爬行到植物茎秆的不同位置采集温湿度数据，并通过柔性感知模块2上数据传输模块获取测量数据。
在一些实施方式中，通过控制软体机器人主体内测的微型温湿度传感器7和柔性薄膜加热片8的工作模式，可以实现对植物体内水分运输速率（茎流速率）的测量。将软体机器人安装在植物茎秆表面，微型温湿度传感器7和柔性薄膜加热片8与植物茎秆接触，如图16所示，柔性感知模块2上的控制电路控制微型温湿度传感器7和柔性薄膜加热片8同时开始工作，柔性薄膜加热片8工作时产生的热量，会在植物茎秆内部茎流流动的影响下，沿植物茎秆各向异性传导，通过分布在柔性薄膜加热片8两侧的微型温湿度传感器7分别测量植物茎秆上下游的温度变化，计算温度差值，当茎流速率不同时，上下游测量的温度差值发生不同的变化，依此对植物的茎流速率进行测量。
可以理解的是，对本领域技术人员来说，对本发明的技术方案及发明构思加以等同替换或改变都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (6)
1.一种磁驱软体爬杆机器人，其特征在于，包括：
软体机器人主体（1），由三个单元体依次连接形成套筒式结构，用于套设在爬杆（5）上；
致动模块（3），包括若干镶嵌在所述单元体内的磁性单元；
外驱动模块（6），沿爬杆（5）的轴向移动，在移动过程中与磁性单元配合产生与移动方向相垂直的周期性变化的磁场，所述磁场用于对所述磁性单元施加沿爬杆（5）径向向外的作用力，改变所述单元体相对爬杆（5）的摩擦力使得所述单元体发生形变，使摩擦力减小的所述单元体朝所述磁场移动的方向滑动，带动软体机器人主体（1）沿爬杆（5）轴向蠕动爬行；
柔性感知模块（2），包括贴附在软体机器人主体（1）外表面上的柔性基板（21）和布置在柔性基板（21）上的传感电路（22），传感电路（22）用于在软体机器人主体（1）爬行过程中对外界信息进行感知测量；
所述软体机器人主体（1）中，各单元体的中心点不共线；所述单元体采用带缺口的拱形结构，缺口开设在单元体上远离拱形结构的一侧，爬杆（5）从最前端的单元体的缺口中穿入软体机器人主体（1），并从最后端的单元体的缺口中穿出软体机器人主体（1）；所述软体机器人主体（1）采用弹性材料（4）制成；
所述软体机器人主体（1）中，在次序为奇数的所述单元体内镶嵌一个磁性单元，在次序为偶数的所述单元体上设置开口（14），开口（14）方向与爬杆（5）的轴向平行，在开口（14）的两个端面上均设置一个磁性块，用于相互配合吸附，控制开口（14）开启、扣合，且二个磁性块吸附时组成一个磁性单元；次序为奇数的所述单元体内的磁性单元与次序为偶数的所述单元体内的磁性单元磁极方向相反，次序为偶数的所述单元体上的二个磁性块磁极方向相同；
所述外驱动模块（6）包括永磁体（62）和带动永磁体（62）沿爬杆（5）轴向移动的传送带装置（61）；永磁体（62）的磁极方向与软体机器人的次序为偶数的所述单元体的空腔中安装的二个磁性块的磁极方向一致，在传送装置运行的过程中，永磁体（62）不断从安装在爬杆（5）上的软体机器人下方经过，产生垂直于移动方向的周期性变化磁场。
2.根据权利要求1所述的磁驱软体爬杆机器人，其特征在于：还包括微型温湿度传感器（7）和柔性薄膜加热片（8），在弹性材料（4）内开设用于置入所述磁性单元的空腔以及用于安装微型温湿度传感器（7）和柔性薄膜加热片（8）的腔体，在软体机器人主体（1）外表面与所述腔体相对应位置处开设通孔（9），微型温湿度传感器（7）和柔性薄膜加热片（8）利用通孔（9）与柔性感知模块（2）电连接，受柔性感知模块（2）控制进行工作。
3.根据权利要求2所述的磁驱软体爬杆机器人，其特征在于：所述弹性材料（4）为柔性树脂或者弹性硅胶，通过3D打印或者模具倒模制成软体机器人主体（1），所述通孔（9）内部注入导电银浆。
4.根据权利要求2或3所述的磁驱软体爬杆机器人，其特征在于：所述柔性基板（21）采用聚二甲基硅氧烷制成，其形状与软体机器人主体（1）的外侧表面展开成平面后的形状一致，且安装后随软体机器人主体（1）一同发生形变；传感电路（22）通过丝网印刷或者激光刻蚀导电薄膜的方式制备在柔性基板（21）表面，传感电路（22）包括若干元器件（221）和电连接在各元器件（221）之间的可拉伸蛇形导线（222），元器件（221）用于控制微型温湿度传感器（7）和柔性薄膜加热片（8）工作并获取测量数据，并与外部设备进行通信。
5.一种植物生理信息感知方法，采用如权利要求1~4中任一项所述的磁驱软体爬杆机器人实现，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、安装：打开软体机器人主体（1）的开口（14），以植物茎秆作为爬杆（5），将软体机器人主体（1）套设在植物茎秆的初始位置上，然后扣合开口（14）；
步骤二、爬行：设置好永磁体（62）的磁极方向，启动外驱动模块（6）的传送带装置（61），带动永磁体（62）沿爬杆（5）的轴向移动，在永磁体（62）的磁场作用下，软体机器人主体（1）开始沿爬杆（5）轴向蠕动爬行；
步骤三、感知：在软体机器人主体（1）沿爬杆（5）轴向蠕动爬行的过程中，微型温湿度传感器（7）和柔性薄膜加热片（8）与植物茎秆接触，实时测量并记录植物的生理信息；
步骤四、返回：改变传送带装置（61）的运动方向，带动永磁体（62）沿步骤二中相反的方向移动，使得软体机器人主体（1）沿步骤二中相反的方向爬行，直至回到步骤一所述的初始位置，打开开口（14），取下软体机器人主体（1），通过柔性感知模块（2）获取步骤三中测得的植物生理信息。
6.根据权利要求5所述的植物生理信息感知方法，其特征在于：所述步骤三中，在植物茎秆上选取多个测量位置并停留，采集多组植物生理信息；所述植物生理信息包括温湿度数据和植物的茎流速率，测量茎流速率时，由柔性感知模块（2）控制微型温湿度传感器（7）和柔性薄膜加热片（8）同时开始工作，柔性薄膜加热片（8）工作时产生的热量，会在植物茎秆内部茎流流动的影响下，沿植物茎秆各向异性传导，通过分布在柔性薄膜加热片（8）两侧的微型温湿度传感器（7）分别测量植物茎秆上下游的温度变化，计算温度差值，当茎流速率不同时，上下游测量的温度差值发生不同的变化，依此对植物的茎流速率进行测量。
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