一種具有多種運動形式的軟體機器人模塊的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種充氣/液式軟體機器人，具體涉及一種可以通過充氣或充液驅動 軟體機器人在工作空間內完成彎曲、伸長、扭轉等多個自由度的運動的軟體機器人。
【背景技術】
[0002] 機器人技術已廣泛應用于軍事、工業、科學探測等諸多領域。近年來，隨著新材料 與快速加工制造技術的發展，軟體機器人技術已成為機器人技術領域的研究熱點。軟體機 器人技術涉及仿生學，軟物質學和機器人學等學科，與傳統的剛性機器人相比，具有多方面 優勢:在理論上具有無限多個自由度，不需要復雜的機構，易實現多功能性;能夠通過變形 更好地適應未知或復雜非結構化作業環境;與作業對象之間為柔性接觸，能夠操作形狀復 雜各異的物體，對自身與操作對象的損傷很小等，在物理輔助醫療康復，微創手術，復雜環 境搜索與探測等方面具有廣闊的應用前景。
[0003] 目前，軟體機器人研究主要借助于智能材料(如:超彈性硅橡膠材料、SMA形狀記憶 合金、電活性聚合物DEA等)和新型驅動技術(如:氣動、液壓、磁流變、電致伸縮等），開發具 有充分柔順性、適應性、超冗余性的軟體機器人。哈佛大學生物仿生實驗室設計的內嵌氣囊 網絡結構的氣動致動器，通過應變限制層限制單向變形，只能實現一個方向的彎曲運動，其 運動形式單一，所能到達的運動空間有限。中國專利CN202910862U公開了"一種軟體機器 人"，在軀干部內周向上設置四條通道，在通道內沿軸向嵌入微分磁性剛性單元，通過控制 該剛性單元實現整體的彎曲和蠕動。該形式的軟體機器人含有剛性零部件，并不是真正意 義上的軟體，而且其結構復雜、制造困難。

【發明內容】

[0004] 本發明為解決現有軟體機器人含有剛性零部件，不是真正的軟體機器人，而且其 結構復雜、制造困難、運動形式單一等問題，而提供一種具有多種運動形式的軟體機器人模 塊。
[0005] 本發明的一種具有多種運動形式的軟體機器人模塊包括彈性主體、三個通氣管和 數個約束圈，所述彈性主體為圓柱形，數個約束圈等間隔布置在彈性主體的軸向方向，約束 圈的內圈與彈性主體外圓柱面配合，所述彈性主體的前端面設有定位孔和兩個弧形連接 槽，兩個弧形連接槽以彈性主體的軸心線對稱設置，彈性主體內設有三個驅動內腔，三個驅 動內腔沿同一圓周均布設置，每個驅動內腔一端封閉、另一端與通氣管連通，且通氣管位于 彈性主體的前端面。
[0006] 本發明與現有技術相比具有以下有益效果：
[0007] -、本發明的運動原理為"差應變效應"，即實體中不同材料層間應力不同導致產 生應變差時，實體會從大應變的一側向小應變一側彎曲變形。本發明軟體機器人模塊設計 了三個驅動內腔，通過周向均勻配置的三個驅動內腔的彎曲變形配合，可以實現全方向彎 曲運動。本發明的軟體機器人采用超彈性硅膠材料制成，不含任何剛性零部件，可以承受極 大的擠壓力。本發明采用氣動驅動嵌入式內腔，通過不同內腔的膨脹變形實現機器人在空 間中各向彎曲、線性伸長和扭轉等多種運動形式。
[0008] 二、本發明的軟體機器人總重約13.9g，自重輕且結構小巧易于加工制造。可輕松 實現工作空間內彎曲、伸長、扭轉等多種形式的運動，能到達三維作業空間任意位置點，動 作執彳丁效率尚，驅動尚效。
[0009] 三、本發明結構簡單、易于制造。
【附圖說明】
[0010] 圖1是本發明的一種具有多種運動形式的軟體機器人模塊的整體結構主視圖；
[0011] 圖2是圖1的右視圖；
[0012]圖3是圖1的左視圖；
[0013]圖4是圖3的A-A旋轉剖視圖；
[0014] 圖5是圖4的B-B截面視圖。
【具體實施方式】
[0015]【具體實施方式】一:結合圖1~圖5說明本實施方式，本實施方式包括彈性主體4、三 個通氣管1和數個約束圈3,所述彈性主體4為圓柱形，數個約束圈3等間隔布置在彈性主體4 的軸向方向，約束圈3的內圈與彈性主體4外圓柱面配合，所述彈性主體4的前端面5設有定 位孔6和兩個弧形連接槽7，兩個弧形連接槽7以彈性主體4的軸心線對稱設置，弧形連接槽7 用于相鄰軟體機器人模塊的連接，定位孔6用于相鄰軟體機器人模塊的定位，彈性主體4內 設有三個驅動內腔9,三個驅動內腔9沿同一圓周均布設置，每個驅動內腔9 一端封閉、另一 端與通氣管1連通，且通氣管1位于彈性主體4的前端面2,所述彈性主體4和約束圈3均采用 超彈性硅橡膠復合材料8制成。
【具體實施方式】 [0016] 二：結合圖4說明本實施方式，本實施方式的通氣管1的材料為光敏 樹脂，通過3D打印加工制成。其它組成及連接關系與一或二相同。
【具體實施方式】 [0017] 三:結合圖5說明本實施方式，本實施方式的通氣管1與外接氣栗或 液壓栗連接，通氣管1用來向驅動內腔9導入和導出驅動氣壓，通過三個驅動內腔9變形配合 形成多種形式的運動。其它組成及連接關系與二相同。
[0018]【具體實施方式】四：本實施方式的外接氣栗的驅動氣壓為〇_55kpa，所述彈性主體4 的彎曲角度為〇-270°。其它組成及連接關系與【具體實施方式】三相同。
【具體實施方式】 [0019] 五:本實施方式是任意單個驅動內腔9通入氣壓時，彈性主體4實現 單向彎曲。其它組成及連接關系與四相同。
【具體實施方式】 [0020] 六:本實施方式是兩個或三個驅動內腔9通入氣壓，且各驅動內腔9 的氣壓大小不同時，彈性主體4實現扭轉。當兩個或三個驅動內腔9配合工作時，模塊在任一 橫截面上由于兩個或三個驅動內腔9的氣壓大小差異，產生扭轉力矩，從而驅使模塊偏離單 向彎曲方向，通過控制各個腔之間的氣壓差，可以驅動模塊到達運動空間任意位置。其它組 成及連接關系與四相同。
[0021 ]【具體實施方式】七:本實施方式是三個驅動內腔9同時通入氣壓，且各驅動內腔9的 氣壓大小相同時，彈性主體4實現線性伸長。其它組成及連接關系與【具體實施方式】四相同。
【具體實施方式】 [0022] 八:本實施方式是外接氣栗的驅動氣壓為15kpa。其它組成及連接關 系與四相同。
【具體實施方式】 [0023] 九:本實施方式是外接氣栗的驅動氣壓為30kpa。其它組成及連接關 系與四相同。
[0024]【具體實施方式】十:本實施方式是外接氣栗的驅動氣壓為40kpa。其它組成及連接關 系與【具體實施方式】四相同。
[0025]驅動內腔的壓力與彈性主體4的彎曲角度對應值如下表所示：
【主權項】
1. 一種具有多種運動形式的軟體機器人模塊，其特征在于:所述軟體機器人模塊包括 彈性主體(4)、三個通氣管（1)和數個約束圈（3)，所述彈性主體(4)為圓柱形，數個約束圈 (3)等間隔布置在彈性主體(4)的軸向方向，約束圈（3)的內圈與彈性主體(4)外圓柱面配 合，所述彈性主體(4)的前端面(5)設有定位孔(6)和兩個弧形連接槽(7)，兩個弧形連接槽 (7)以彈性主體(4)的軸心線對稱設置，彈性主體(4)內設有三個驅動內腔(9)，三個驅動內 腔(9)沿同一圓周均布設置，每個驅動內腔(9) 一端封閉、另一端與通氣管（1)連通，且通氣 管（1)位于彈性主體(4)的前端面(2)，所述彈性主體(4)和約束圈（3)均采用超彈性硅橡膠 復合材料(8)制成。2. 根據權利要求1所述一種具有多種運動形式的軟體機器人模塊，其特征在于:所述通 氣管（1)的材料為光敏樹脂，通過3D打印加工制成。3. 根據權利要求1或2所述一種具有多種運動形式的軟體機器人模塊，其特征在于:所 述通氣管（1)與外接氣栗或液壓栗連接。4. 根據權利要求3所述一種具有多種運動形式的軟體機器人模塊，其特征在于:所述外 接氣栗的驅動氣壓為〇_45kpa，所述彈性主體(4)的彎曲角度為0-270°。5. 根據權利要求4所述一種具有多種運動形式的軟體機器人模塊，其特征在于:任意單 個驅動內腔(9)通入氣壓時，彈性主體(4)實現單向彎曲。6. 根據權利要求4所述一種具有多種運動形式的軟體機器人模塊，其特征在于:兩個或 三個驅動內腔(9)通入氣壓，且各驅動內腔(9)的氣壓大小不同時，彈性主體(4)實現扭轉。7. 根據權利要求4所述一種具有多種運動形式的軟體機器人模塊，其特征在于:三個驅 動內腔(9)同時通入氣壓，且各驅動內腔(9)的氣壓大小相同時，彈性主體(4)實現線性伸 長。8. 根據權利要求4所述一種具有多種運動形式的軟體機器人模塊，其特征在于:所述外 接氣栗的驅動氣壓為15kpa。9. 根據權利要求4所述一種具有多種運動形式的軟體機器人模塊，其特征在于:所述外 接氣栗的驅動氣壓為30kpa。10. 根據權利要求4所述一種具有多種運動形式的軟體機器人模塊，其特征在于:所述 外接氣栗的驅動氣壓為40kpa。
【專利摘要】一種具有多種運動形式的軟體機器人模塊，它涉及一種充氣/液式軟體機器人，以解決現有軟體機器人含有剛性零部件，不是真正的軟體機器人，而且其結構復雜、制造困難、運動形式單一等問題，本發明包括彈性主體、三個通氣管和數個約束圈，彈性主體為圓柱形，數個約束圈等間隔布置在彈性主體的軸向方向，約束圈的內圈與彈性主體外圓柱面配合，所述彈性主體的前端面設有定位孔和兩個弧形連接槽，兩個弧形連接槽以彈性主體的軸心線對稱設置，彈性主體內設有三個驅動內腔，三個驅動內腔沿同一圓周均布設置，每個驅動內腔一端封閉、另一端與通氣管連通，且通氣管位于彈性主體的前端面，所述彈性主體和約束圈均采用超彈性硅橡膠復合材料制成。
【IPC分類】B25J11/00
【公開號】CN105500383
【申請號】CN201610099586
【發明人】閆繼宏, 張新彬, 董紅兵, 趙杰
【申請人】哈爾濱工業大學
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2016年2月23日