CN206703006U - 一种能自主检测运动位姿的仿生软体机器人 - Google Patents

Abstract

一种能自主检测运动位姿的仿生软体机器人，包括主体部分和基体部分，所述主体部分的后端与所述基体部分前端连接，所述主体部分包括弹性主体、钢丝、第一钢丝通道腔和气体驱动腔；所述基体部分包括基体和气管通道腔；所述仿生软体机器人还包括运动位姿检测组件，所述运动位姿检测组件包括相互配合的永磁铁和霍尔元件，所述钢丝的后端连接一个永磁铁；所述基体内设置霍尔元件放置腔，所述第一钢丝通道腔和霍尔元件放置腔相通并且位于同一中心直线上；所述霍尔元件位于所述霍尔元件放置腔内，所述霍尔元件与磁铁非接触式相对设置且相互之间留有空间。本实用新型提供一种实时反馈位姿、控制精度较好的能自主检测运动位姿的仿生软体机器人。

Description

一种能自主检测运动位姿的仿生软体机器人

技术领域

本实用新型涉及机器人领域，尤其是一种仿生软体机器人。

背景技术

近年来，软体机器人成为机器人领域的一个新兴且极具前景的研究方向。传统的刚性机器人以其高刚度、高精度、高速度的特点在工业领域得到广泛应用，然而，当众多的科研和技术人员付出巨大努力试图将刚性机器人从工业生产线应用扩展到其他领域(如家政服务、助老助残、农业自动化、医疗康复等)时，却发现严重依赖结构化环境和精确数学模型的刚性机器人在上述的非结构复杂环境中与难以用准确的数学模型加以描述的复杂多变对象进行交互作业时，刚性机器人的高刚度、高强度、高精度特点反而成为导致其不能胜任此类任务的缺点。在这种情况下，软体机器人研究逐渐兴起，科研工作者和工程技术人员借助于智能材料(如:硅橡胶、形状记忆合金SMA、电活性聚合物EPA等)和新型驱动技术(如:SMA、气动、磁流变、EPA等)，研究开发完全不用或少用刚性机构的新型机器人结构，这类软体机器人一般具有充分的柔顺性、适应性、超冗余或无限自由度，甚至可以任意改变自身形状和尺寸以适应环境和目标。

仿生软体机器人的设计灵感来源于自然界各色各样的生物，即:研究某一种动物或其肢体的结构特点和工作机理，以此为基础进行相应的仿生软体机器人研制，例如蛇形机器人、象鼻机器人、章鱼机器人、蚯蚓机器人、海星机器人、仿毛虫机器人、尺镬机器人，等等。

关于仿生软体机器人，中国发明专利申请号201410406336.8公开了浙江工业大学研究的主动可变刚度长臂式仿生软体机器人，软体机器人本体由基节和尾节组成，基节设置3个侧驱动腔和1个中心驱动腔，各驱动腔两端封闭，驱动腔内外壁埋置约束弹簧，由通气管输入高压气体以驱动机器人伸长或弯曲；中国发明专利申请号201510504288.0公开了浙江工业大学的一种运动和刚度独立可控软体机器人，运用中心腔充入不同气压来独立控制软体机器人的刚度，电机控制位于侧驱动腔的绳索来使得机器人弯曲；中国实用新型专利申请号201620103236.2公开了浙江工业大学一种串并融合伪足软体机器人，其基节、前端盖和后端盖均有多个气腔，通过控制在气腔内充入不同气压实现机器人的前后运动，具有多角度、多姿态、运动适应性良好的特点。

上述的几种软体机器人都能很好的实现要执行的操作，但是缺乏位姿自我反馈能力。位姿自我反馈对于机器人是非常重要的部分，但是鉴于软体机器人的特殊性，目前现有的大部分软体机器人都不具备位姿反馈能力。

发明内容

为了克服已有软体机器人无法反馈位姿、控制精度较差的不足，本实用新型提供一种实时反馈位姿、控制精度较好的能自主检测运动位姿的仿生软体机器人。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种能自主检测运动位姿的仿生软体机器人，包括主体部分和基体部分，所述主体部分的后端与所述基体部分前端连接，所述主体部分包括弹性主体、钢丝、第一钢丝通道腔和气体驱动腔；所述弹性主体设有气体驱动腔和第一钢丝通道腔；所述气体驱动腔前端封闭，后端与对应的基体通气管腔相通；所述钢丝位于第一钢丝通道腔正中间，所述钢丝前端固定；所述基体部分包括基体和通气管腔，所述基体设置通气管腔，气管通过通气管腔与气体驱动腔相通；

所述仿生软体机器人还包括运动位姿检测组件，所述运动位姿检测组件包括相互配合的永磁铁和霍尔元件，所述钢丝的后端连接一个永磁铁；所述基体内设置霍尔元件放置腔，所述第一钢丝通道腔和霍尔元件放置腔相通并且位于同一中心直线上；所述霍尔元件位于所述霍尔元件放置腔内，所述霍尔元件与磁铁非接触式相对设置且相互之间留有空间。

进一步，所述基体内设置第二钢丝通道腔和磁铁放置腔，所述第二钢丝通道腔与所述第一钢丝通道腔相接，所述第一钢丝通道腔、第二钢丝通道腔、磁铁放置腔和霍尔元件放置腔相通并且位于同一中心直线上；所述钢丝的后端穿过所述第二钢丝通道腔，所述永磁铁位于所述磁铁放置腔，所述霍尔元件放置腔位于所述磁铁放置腔的后方。

再进一步，所述弹性主体呈圆柱形，所述基体呈圆柱状。这是一种可选的方式，当然，弹性主体也可以是其他形状，所述基体也可以是其他形状，根据不同的软体机器人的情况进行设定。

更进一步，所述气体驱动腔包括中心驱动腔和侧驱动腔；所述弹性主体的中部设有中心驱动腔，在所述中心驱动腔外的弹性主体的一圈上等圆弧间隔地设有至少三个侧驱动腔；所述中心驱动腔和侧驱动腔前端封闭，后端与对应的基体通气管腔相通；所述第一钢丝通道腔等间距地位于两两相邻的侧驱动腔之间；所述基体中心和周边均匀分布通气管腔，所述气管通过通气管腔与中心驱动腔和侧驱动腔相通；

优选的：所述弹性主体上设有三个侧驱动腔和三个第一钢丝通道腔，所述基体上设有三个霍尔元件放置腔和四个通气管腔，所述四个通气管腔分别与中心驱动腔和侧驱动腔连通。

本实用新型的技术构思为：运用气压来控制软体机器人的运动，软体机器人主要由橡胶材料做成具有良好的延展性和柔韧性。软体机器人内部有气体驱动腔和钢丝通道腔，气体驱动腔用于冲入气体产生压力差从而控制软体机器人弯曲和伸长；若软体机器人伸长后弯曲，会导致钢丝上固定的磁铁与霍尔元件发生相对运动，从而导致磁铁相对霍尔元件的磁场强度发生变化，从而霍尔元件输出不同的电压，于是通过这种方法来就可感应软体机器人的变形情况。

本实用新型着眼于目前软体机器人研究缺乏自身弯曲变形的反馈，提出能感应弯曲变形的主动可变刚度仿生软体机器人结构，是软体机器人研究的一种新探索，有望解决目前长臂式软体机器人不能反馈自身位姿情况的问题。

本实用新型的有益效果主要表现在：使软体机器人具有很好的柔软性和弯曲性，能够有效的抓取不同结构外形的目标物体，在执行动作的同时感知自身形变程度，实时反馈软体机器人的形变情况。

附图说明

图1是能自主检测运动位姿的仿生软体机器人的弹性主体结构图。

图2是能自主检测运动位姿的仿生软体机器人的基体部分结构局部剖视图。

图3是能自主检测运动位姿的仿生软体机器人的结构剖视图。

图4是能自主检测运动位姿的仿生软体机器人的自然状态图。

图5是能自主检测运动位姿的仿生软体机器人的弯曲状态图。

图中1.弹性主体，2.第一钢丝通道腔，3.中心驱动腔，4.侧驱动腔，5.钢丝，6.永磁铁，7.霍尔元件，8.气管，9.基体，10.气管通道腔，11.第二钢丝通道腔，12.磁铁放置腔，13.霍尔元件放置腔。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。

参照图1～图5，一种能自主检测运动位姿的仿生软体机器人，包括主体部分和基体部分，所述主体部分的后端与所述基体部分前端连接，所述主体部分包括弹性主体1、钢丝5、第一钢丝通道腔2和气体驱动腔；所述弹性主体1设有气体驱动腔和第一钢丝通道腔2；所述气体驱动腔前端封闭，后端与对应的基体通气管腔相通；所述钢丝5位于第一钢丝通道腔2正中间，所述钢丝5前端固定；所述基体部分包括基体9和气管通道腔10，所述基体9设置气管通道腔10，气管8通过气管通道腔10与气体驱动腔相通；

所述仿生软体机器人还包括运动位姿检测组件，所述运动位姿检测组件包括相互配合的永磁铁6和霍尔元件7，所述钢丝5的后端连接一个永磁铁6；所述基体9内设置霍尔元件放置腔13，所述第一钢丝通道腔2和霍尔元件放置腔13相通并且位于同一中心直线上；所述霍尔元件7位于所述霍尔元件放置腔13内，所述霍尔元件7与磁铁6非接触式相对设置且相互之间留有空间。

进一步，所述基体9内设置第二钢丝通道腔11和磁铁放置腔12，所述第二钢丝通道腔11与所述第一钢丝通道腔2相接，所述第一钢丝通道腔2、第二钢丝通道腔11、磁铁放置腔12和霍尔元件放置腔13相通并且位于同一中心直线上；所述钢丝的后端穿过所述第二钢丝通道腔，所述永磁铁6位于所述磁铁放置腔12，所述霍尔元件放置腔13位于所述磁铁放置腔12的后方。

再进一步，所述弹性主体1呈圆柱形，所述基体9呈圆柱状。这是一种可选的方式，当然，弹性主体也可以是其他形状，所述基体也可以是其他形状，根据不同的软体机器人的情况进行设定。

本实施例的仿生软体机器人，包括基体和主体，所述基体上部和主体下部相连接，所述主体包括弹性主体1、钢丝5、第一钢丝通道腔、中心驱动腔3和侧驱动腔4；所述弹性主体呈圆柱形，所述弹性主体的中部设有中心驱动腔3，在所述中心驱动腔3外的弹性主体的一圈上等圆弧间隔地设有至少三个呈类似梯形状的侧驱动腔4；所述中心驱动腔3和侧驱动腔4上端封闭，下端与对应的基节通气管腔相通；所述钢丝通道腔2有三个，等间距地位于三个侧驱动腔4之间；所述钢丝5位于每一个钢丝通道腔2正中间，所述钢丝5上端固定，下端连接一个永磁铁6。

所述基体9包含钢丝通道腔2、磁铁放置腔12、气管通道腔10和霍尔元件放置腔13，所述基体9呈圆柱状，所述基体9的中心设置一个气管通道腔10，所述基体9的周边均匀分布三个气管通道腔10，所述四个气管通道腔10分别与主体中心驱动腔3和侧驱动腔4三者中心线在同一条直线上，所述气管8通过气管通道腔10与弹性主体1的中心驱动腔3和侧驱动腔4相通；所述霍尔元件放置腔13、磁铁放置腔12和钢丝通道腔2三者在相通并且同一中心直线上；所述磁铁7与钢丝5固定相连，所述霍尔元件7与磁铁6之间不接触，留有一定空间。

进一步，所述永磁铁6形状不一定为方形，可以为其他任何形状，此处是为了方便在图形上更清楚地表示各个部件才设为方形。基体9中的第二钢丝通道腔也可不用，即钢丝5不深入基体9内部，但是永磁铁6在基体9内部。永磁铁6的大小可以根据实际情况而定，以软体可以较灵敏地感应机器人弯曲为最佳。

更进一步，软体机器人可以互相连接组合，这样便能加长本专利的软体机器人；霍尔元件7可以连外接电路输出数据，也可以连接内置的信号发射设备，比如蓝牙或者wifi发射器，用以输出信号。

本实施例中，弹性主体1中通入中心驱动腔3和侧驱动腔2气体，其气压均在材料承受范围之内内；只向中心驱动腔3通入气体，可使软体机器人轴向伸长；中心驱动腔3不充入气体，三个侧驱动腔2通入不同气压，软体机器人会向气压小的那个侧驱动腔弯曲。若软体机器人弯曲，会导致钢丝5上固定的磁铁6与霍尔元件7发生相对运动，从而导致磁铁6相对霍尔元件7的磁场强度发生变化，从而霍尔元件7输出不同的电压，于是通过这种方法来就可反馈软体机器人的位姿情况。

Claims (5)

1.一种能自主检测运动位姿的仿生软体机器人，包括主体部分和基体部分，所述主体部分的后端与所述基体部分前端连接，所述主体部分包括弹性主体、钢丝、第一钢丝通道腔和气体驱动腔；所述弹性主体设有气体驱动腔和第一钢丝通道腔；所述气体驱动腔前端封闭，后端与对应的基体通气管腔相通；所述钢丝位于第一钢丝通道腔正中间，所述钢丝前端固定；所述基体部分包括基体和通气管腔，所述基体设置气管通道腔，气管通过气管通道腔与气体驱动腔相通；

其特征在于：所述仿生软体机器人还包括运动位姿检测组件，所述运动位姿检测组件包括相互配合的永磁铁和霍尔元件，所述钢丝的后端连接一个永磁铁；所述基体内设置霍尔元件放置腔，所述第一钢丝通道腔和霍尔元件放置腔相通并且位于同一中心直线上；所述霍尔元件位于所述霍尔元件放置腔内，所述霍尔元件与磁铁非接触式相对设置且相互之间留有空间。

2.如权利要求1所述的能自主检测运动位姿的仿生软体机器人，其特征在于：所述基体内设置第二钢丝通道腔和磁铁放置腔，所述第二钢丝通道腔与所述第一钢丝通道腔相接，所述第一钢丝通道腔、第二钢丝通道腔、磁铁放置腔和霍尔元件放置腔相通并且位于同一中心直线上；所述钢丝的后端穿过所述第二钢丝通道腔，所述永磁铁位于所述磁铁放置腔，所述霍尔元件放置腔位于所述磁铁放置腔的后方。

3.如权利要求1或2所述的能自主检测运动位姿的仿生软体机器人，其特征在于：所述弹性主体呈圆柱形，所述基体呈圆柱状。

4.如权利要求3所述的能自主检测运动位姿的仿生软体机器人，其特征在于：所述气体驱动腔包括中心驱动腔和侧驱动腔；所述弹性主体 的中部设有中心驱动腔，在所述中心驱动腔外的弹性主体的一圈上等圆弧间隔地设有至少三个侧驱动腔；所述中心驱动腔和侧驱动腔前端封闭，后端与对应的基体通气管腔相通；所述第一钢丝通道腔等间距地位于两两相邻的侧驱动腔之间；所述基体中心和周边均匀分布通气管腔，所述气管通过通气管腔与中心驱动腔和侧驱动腔相通。

5.如权利要求4所述的能自主检测运动位姿的仿生软体机器人，其特征在于：所述弹性主体上设有三个侧驱动腔和三个第一钢丝通道腔，所述基体上设有三个霍尔元件放置腔和四个通气管腔，所述四个通气管腔分别与中心驱动腔和侧驱动腔连通。