串并融合偽足軟體機(jī)器人的制作方法
【專利摘要】一種串并融合偽足軟體機(jī)器人，包括基節(jié)、前端蓋和后端蓋，所述基節(jié)的前端使用前端蓋封閉，所述基節(jié)的尾端使用后端蓋封閉，所述基節(jié)包含彈性基體和韌性芯軸，所述彈性基體開有多個(gè)軸向孔，中心部位為圓形通孔，所述圓形通孔塞入韌性軸芯，所述彈性基體與韌性芯軸相互連接；所述彈性基體的軸向孔外壁嵌入約束彈簧所述韌性芯軸前端開有中心微型孔洞，所述中心微型孔洞延伸到與并聯(lián)微型孔、串聯(lián)微型孔相接，微型氣管會(huì)分別插入中心微型孔、并聯(lián)微型孔和串聯(lián)微型孔中。本實(shí)用新型提出了一種有效實(shí)現(xiàn)多角度、多姿態(tài)的運(yùn)動(dòng)、適用性良好的串并融合偽足軟體機(jī)器人。
【專利說(shuō)明】
串并融合偽足軟體機(jī)器人
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及一種應(yīng)用于廢墟搜救、微型管道內(nèi)的檢測(cè)和操作等非結(jié)構(gòu)工作環(huán)境中作業(yè)的軟體機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002]軟體機(jī)器人是在研究人員為了解決現(xiàn)有工業(yè)機(jī)器人高度依賴結(jié)構(gòu)化的工作環(huán)境、高精度的數(shù)學(xué)建模等缺陷上提出的一種新概念。軟體機(jī)器人是生物仿生的延續(xù)，其設(shè)計(jì)靈感來(lái)源于自然界結(jié)構(gòu)奇異的生物，即:研究某一種生物特有的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)、生物結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)學(xué)上的建模、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的分析、機(jī)械形式的轉(zhuǎn)化和步態(tài)的研究，以此為基礎(chǔ)來(lái)進(jìn)行軟體機(jī)器人的研制和開發(fā)，例如蛇形機(jī)器人、象鼻機(jī)器人、章魚機(jī)器人、蚯蚓機(jī)器人、海星機(jī)器人、仿毛蟲機(jī)器人、尺蠖機(jī)器人、魚型機(jī)器人、海豚型機(jī)器人，等。
[0003]軟體機(jī)器人本身由柔性材料構(gòu)成，其驅(qū)動(dòng)方式一般采用高壓氣體驅(qū)動(dòng)-氣體具有壓縮性能好，便于控制的特點(diǎn)。因而軟體機(jī)器人可以具有普通剛性機(jī)器人所不具有的特性-超冗余自由度甚至無(wú)限自由度、極大的伸縮性、柔順行和可彎曲性。這使得軟體機(jī)器人可以在絕大部分傳統(tǒng)機(jī)器人所不能勝任的領(lǐng)域進(jìn)行作業(yè)-非結(jié)構(gòu)化的工作環(huán)境。
[0004]發(fā)生的災(zāi)難性事件如山體滑坡，可能會(huì)造成受災(zāi)群眾被掩埋在廢墟之下。而且很多被掩埋者并不是發(fā)生滑坡當(dāng)時(shí)就遇難的，而是由于在廢墟之中無(wú)法得到新鮮的氧氣、水分或者食物，因?yàn)榈貌坏奖匾嫖镔Y而不幸遇難。這種情況下傳統(tǒng)機(jī)器人沒(méi)法做到輸送生存物資，但軟體機(jī)器人所具有的高度柔順性，可伸縮和彎曲的能力，引起了很多研究者的注意。
[0005]對(duì)于非結(jié)構(gòu)工作環(huán)境作業(yè)的軟體機(jī)器人國(guó)家實(shí)用新型專利授權(quán)公告號(hào)CN102922528 B公開了北京化工大學(xué)研究的一種使用磁性材料的軟體機(jī)器人，其包括基體，微分磁性剛性單元、控制電源和控制電路。由于其控制電源和控制電路需要嵌入在軟體機(jī)器人中，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，且軟體機(jī)器人內(nèi)部裝有大量剛性材料-微分磁性剛性單元，對(duì)軟體機(jī)器人加工制作提出了較大的要求。而且軟體機(jī)器人是自身攜帶電源的，磁性材料的通斷需要消耗大量電能，該軟體機(jī)器人所能運(yùn)動(dòng)的距離是非常有限的，軟體機(jī)器人得到的信息很難與上位機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)交互。
[0006]對(duì)于非結(jié)構(gòu)工作環(huán)境作業(yè)的軟體機(jī)器人國(guó)家實(shí)用新型專利授權(quán)公告號(hào)申請(qǐng)公布號(hào)CN 105150214 A公開了本實(shí)驗(yàn)室的一種使用鋼絲驅(qū)動(dòng)器控制的剛度獨(dú)立可調(diào)的軟體機(jī)器人，鋼絲驅(qū)動(dòng)是一類柔索驅(qū)動(dòng)裝置相較于氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)來(lái)說(shuō)，柔索驅(qū)動(dòng)需要額外的空間安裝其柔索驅(qū)動(dòng)電機(jī)，這對(duì)于本身已軟體材料制作的軟體機(jī)器人來(lái)說(shuō)在安裝上產(chǎn)生了極大的不便之處，而且柔索驅(qū)動(dòng)難以達(dá)到多角度、多姿態(tài)的運(yùn)動(dòng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了克服已有的軟體機(jī)器人的難以實(shí)現(xiàn)多角度、多姿態(tài)的運(yùn)動(dòng)、適用性較差的不足，本實(shí)用新型提出了一種有效實(shí)現(xiàn)多角度、多姿態(tài)的運(yùn)動(dòng)、適用性良好的串并融合偽足軟體機(jī)器人。
[0008]本實(shí)用新型解決技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:
[0009]—種串并融合偽足軟體機(jī)器人，包括基節(jié)、前端蓋和后端蓋，所述基節(jié)的前端使用前端蓋封閉，所述基節(jié)的尾端使用后端蓋封閉，所述基節(jié)包含彈性基體和韌性芯軸，所述彈性基體開有多個(gè)軸向孔，中心部位為圓形通孔，所述圓形通孔塞入韌性軸芯，所述彈性基體與韌性芯軸相互連接；
[0010]所述軸向孔包含2類氣腔，分別為并聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔和串聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔，所述并聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔為彈性基體所開出的軸向通孔，其截面采用弧形，在彈性基體橫截面上等弧度均勻分布；所述并聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔內(nèi)壁中心開有用以插入微型氣管的并聯(lián)微型孔，所述并聯(lián)微型孔會(huì)延伸到韌性芯軸;所述串聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔的截面采用弧形，在彈性基體的軸向方向上中間部位設(shè)有隔斷形成兩個(gè)等長(zhǎng)度軸向一致的串聯(lián)子氣腔，兩個(gè)串聯(lián)子氣腔互相無(wú)通路，每個(gè)串聯(lián)子氣腔內(nèi)壁中心開有用以插入微型氣管的串聯(lián)微型孔，所述串聯(lián)微型孔會(huì)中心延伸到韌性芯軸；
[0011 ]所述彈性基體的軸向孔外壁嵌入約束彈簧；
[0012]所述韌性芯軸前端開有中心微型孔洞，所述中心微型孔洞延伸到與并聯(lián)微型孔、串聯(lián)微型孔相接，微型氣管會(huì)分別插入中心微型孔、并聯(lián)微型孔和串聯(lián)微型孔中。
[0013]進(jìn)一步，所述韌性芯軸與彈性基體相互粘合。
[0014]再進(jìn)一步，所述前端蓋包含前端蓋偽足氣腔，所述前端蓋偽足氣腔為前端蓋內(nèi)開出的封閉腔體，其截面采用弧形，在前端蓋橫截面上等弧度均勻分布;所述前端蓋偽足氣腔內(nèi)壁中心開有前端蓋微型孔，所述前端蓋微型孔會(huì)延伸到韌性芯軸，用以插入前端蓋偽足微型氣管；
[0015]所述后端蓋包含后端蓋偽足氣腔，所述后端蓋偽足氣腔為后端蓋內(nèi)開出的封閉腔體，其截面采用弧形，在后端蓋橫截面上等弧度均勻分布;所述后端蓋偽足氣腔內(nèi)壁中心開有后端蓋微型孔，所述后端蓋微型孔會(huì)延伸到韌性芯軸，用以插入后端蓋偽足微型氣管。
[0016]更進(jìn)一步，所述前端蓋與彈性基體的前段粘合，所述后端蓋與彈性基體的后端粘入口 ο
[0017]所述串聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔和并聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔均選用3個(gè)，并且6個(gè)弧形氣腔在所述彈性基體橫截面上等面積均勻分布，弧形截面的角度為40°。
[0018]本實(shí)用新型的技術(shù)構(gòu)思為:本實(shí)用新型串并融合偽足軟體機(jī)器人是仿生軟體機(jī)器人的可變剛度模塊(授權(quán)公告號(hào)CN 104227721 B)的基礎(chǔ)上，結(jié)合軟體機(jī)器人的剛度可調(diào)控，在結(jié)構(gòu)上創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)兩類氣缸，協(xié)同耦合動(dòng)作模式，可以更容易實(shí)現(xiàn)軟體機(jī)器人的多角度，多彎曲形式的變形，尤其可以實(shí)現(xiàn)一種雙彎曲的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)，并且在運(yùn)動(dòng)姿態(tài)創(chuàng)新基礎(chǔ)上，還對(duì)端蓋進(jìn)行新型的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，設(shè)置了偽足氣腔，在動(dòng)作狀態(tài)下其形狀酷似昆蟲腳足，該軟體機(jī)器人可以具有仿昆蟲的運(yùn)動(dòng)步態(tài)。
[0019]通過(guò)選擇不同類型的驅(qū)動(dòng)氣腔，再進(jìn)一步選擇不同位置的串聯(lián)、并聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔通入高壓氣體，更進(jìn)一步調(diào)節(jié)通入高壓氣體的氣壓大小，從而控制某個(gè)位置的驅(qū)動(dòng)氣腔的進(jìn)行伸展到某一定長(zhǎng)度尺寸，由于不對(duì)稱位置的驅(qū)動(dòng)氣腔的伸展，會(huì)受到整體結(jié)構(gòu)的牽連作用的影響，為了滿足整體結(jié)構(gòu)的力矩平衡，那么整個(gè)軟體機(jī)器人就會(huì)發(fā)生可控角度的彎曲，而且本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的軟體機(jī)器人由于設(shè)置串并融合的驅(qū)動(dòng)氣腔的驅(qū)動(dòng)模式，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)軟體機(jī)器人任意角度的雙彎曲形式。
[0020]所述前端蓋包含前端蓋偽足氣腔，所述前端蓋偽足氣腔為前端蓋內(nèi)開出的封閉腔體，其截面采用弧形，在前端蓋橫截面上等弧度均勻分布。所述前端蓋偽足氣腔內(nèi)壁中心開有前端蓋微型孔，所述前端蓋微型孔會(huì)延伸到韌性芯軸，用以插入前端蓋偽足微型氣管。所述后端蓋與前端蓋完全一樣，所述后端蓋包含后端蓋偽足氣腔，所述后端蓋偽足氣腔為后端蓋內(nèi)開出的封閉腔體，其截面采用弧形，在后端蓋橫截面上等弧度均勻分布。所述后端蓋偽足氣腔內(nèi)壁中心開有后端蓋微型孔，所述后端蓋微型孔會(huì)延伸到韌性芯軸，用以插入后端蓋偽足微型氣管。所述偽足驅(qū)動(dòng)氣腔與彈性基體包含的2類驅(qū)動(dòng)氣腔相似，不同之處在于偽足驅(qū)動(dòng)氣腔外壁沒(méi)有嵌入約束彈簧，當(dāng)高壓氣體充入偽足氣腔，由于端蓋選用伸展性較好的材料，那么偽足氣腔會(huì)向外壁發(fā)生膨脹，形狀類似昆蟲的足。
[0021]本實(shí)用新型有益效果表現(xiàn)在:所述串并融合偽足軟體機(jī)器人的端蓋設(shè)計(jì)有符合軟體材料特性和氣動(dòng)特性的仿生偽足結(jié)構(gòu);該軟體機(jī)器人的基節(jié)設(shè)計(jì)有并聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔和串聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔，通過(guò)不同位置的驅(qū)動(dòng)氣腔進(jìn)行選擇并控制通入的高壓氣體的壓力大小，可以實(shí)現(xiàn)軟體機(jī)器人的任意角度的雙彎曲形態(tài)。仿生偽足與基節(jié)相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)串并融合偽足軟體機(jī)器人類蛇爬行。由于串并融合偽足軟體機(jī)器人具有現(xiàn)剛性機(jī)器人所不具備的多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn):柔順行、適應(yīng)性和安全性，可以深入到大量非結(jié)構(gòu)環(huán)境中去:前段安裝攝像頭，可以作為軍事偵察、內(nèi)窺鏡的作用，韌性芯軸中部開通孔，可以實(shí)現(xiàn)液態(tài)物資的運(yùn)輸?shù)扔猛尽?br>【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1是串并融合偽足軟體機(jī)器人的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖2是串并融合偽足軟體機(jī)器人的彈性基體橫截面的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖3是串并融合偽足軟體機(jī)器人的前端蓋橫截面的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖4是串并融合偽足軟體機(jī)器人的氣路示意圖。
[0026]圖5是串并融合偽足軟體機(jī)器人的前端3個(gè)偽足氣腔充入高壓氣體膨脹后橫截面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖6是串并融合偽足軟體機(jī)器人的前段單串聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔充入高壓氣體發(fā)生彎曲的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖7是串并融合偽足軟體機(jī)器人的前段、后段同組的單串聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔充入高壓氣體發(fā)生彎曲的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖8是串并融合偽足軟體機(jī)器人的單并聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔充入高壓氣體發(fā)生彎曲的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖9是串并融合偽足軟體機(jī)器人的前段、后端非同組的單串聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔充入高壓氣體彎曲的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031]圖10是串并融合偽足軟體機(jī)器人的水平移動(dòng)的仿毛蟲運(yùn)動(dòng)步態(tài)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0033]參照?qǐng)D1?圖10，一種串并融合偽足軟體機(jī)器人，包括基節(jié)、前端蓋3和后端蓋4，所述基節(jié)的前端使用前端蓋3封閉，所述基節(jié)的尾端使用后端蓋4封閉。所述基節(jié)包含彈性基體I和韌性芯軸2，所述彈性基體開有多個(gè)軸向孔，中心部位為圓形通孔，所述圓形通孔塞入韌性軸芯，所述彈性基體I與韌性芯軸2相互粘連。
[0034]如圖2、4所示，本實(shí)用新型串并融合偽足軟體機(jī)器人，包含彈性基體I包含2類氣腔，分別為并聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔6和串聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔7。所述并聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔6為彈性基體I所開出的軸向通孔，其截面采用弧形，在彈性基體I橫截面上等弧度均勻分布。所述并聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔6內(nèi)壁中心開有并聯(lián)微型孔18，所述微型孔18會(huì)延伸到韌性芯軸2，用以插入并聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔微型氣管12。所述串聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔7其截面形狀與并聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔6—致，但在彈性基體2的軸向方向上，串聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔7在并聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔6軸向通孔的基礎(chǔ)上中間部位存在隔斷16，所述隔斷16為彈性基體I 一部分，形成兩個(gè)等長(zhǎng)度軸向一致的串聯(lián)結(jié)構(gòu):前串聯(lián)子氣腔71與后串聯(lián)子氣腔72。所述前串聯(lián)子氣腔71與后串聯(lián)子氣腔72互相無(wú)通路，與并聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔6類似，2類串聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔6內(nèi)壁中心均開有微型孔，分為別前串聯(lián)微型孔19與后串聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔，所述串聯(lián)微型孔19會(huì)中心延伸到韌性芯軸2，用以分別插入插入前串聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔微型氣管13與后串聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔14。2類驅(qū)動(dòng)氣腔的外壁和內(nèi)壁半徑分別相等。所述彈性基體I的2類驅(qū)動(dòng)氣腔外壁嵌入約束彈簧10。本實(shí)施例中所述串聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔7和并聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔6均選用3個(gè)，并且6個(gè)弧形氣腔在所述彈性基體橫截面上等面積均勻分布，弧形截面的角度為40°。
[0035]所述韌性芯軸2前端開有微型孔洞，微型孔洞延伸到與上述彈性基體I的微型孔一致，用以插入微型氣管，微型氣管會(huì)分別插入上述微型孔中。所述高壓氣體通過(guò)微型氣管，通過(guò)微型孔，分別通入各個(gè)驅(qū)動(dòng)氣腔。
[0036]如圖3、4，所述前端蓋3包含前端蓋偽足氣腔5，所述前端蓋偽足氣腔5為前端蓋3內(nèi)開出的封閉腔體，其截面采用弧形，在前端蓋橫截面上等弧度均勻分布。所述前端蓋偽足氣腔5內(nèi)壁中心開有前端蓋微型孔17，所述前端蓋微型孔17會(huì)延伸到韌性芯軸2，用以插入前端蓋偽足微型氣管11。所述后端蓋與前端蓋完全一樣，所述后端蓋4包含后端蓋偽足氣腔9，所述后端蓋偽足氣腔9為后端蓋4內(nèi)開出的封閉腔體，其截面采用弧形，在后端蓋橫截面上等弧度均勻分布。所述后端蓋偽足氣腔9內(nèi)壁中心開有后端蓋微型孔20，所述后端蓋微型孔20會(huì)延伸到韌性芯軸2，用以插入后端蓋偽足微型氣管15。
[0037]如圖5所述偽足驅(qū)動(dòng)氣腔與彈性基體包含的2類驅(qū)動(dòng)氣腔相似，不同之處在于偽足驅(qū)動(dòng)氣腔外壁沒(méi)有嵌入約束彈簧，當(dāng)高壓氣體充入偽足氣腔，由于端蓋選用伸展性較好的材料，那么偽足氣腔會(huì)向外壁發(fā)生膨脹，形狀類似昆蟲的足。
[0038]所述前端蓋3與彈性基體2的前段粘合，所述后端蓋4與彈性基體2的后端粘合，從而可使彈性基體2所包含串聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔7和并聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔6形成封閉氣腔。當(dāng)充入高壓氣體時(shí)，由于外壁的約束彈簧、基節(jié)中心的韌性芯軸和前、后端蓋的限制作用，驅(qū)動(dòng)氣腔會(huì)發(fā)生軸向伸展，伸展的過(guò)程中，由于需要滿足整體的力矩平衡，從而整個(gè)串并融合偽足軟體機(jī)器人會(huì)發(fā)生彎曲。
[0039]所述并聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔6和串聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔7，通過(guò)選擇不同類型的驅(qū)動(dòng)氣腔，再進(jìn)一步選擇不同位置的串聯(lián)、并聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔通入高壓氣體，更進(jìn)一步調(diào)節(jié)通入高壓氣體的氣壓大小，從而控制某個(gè)位置的驅(qū)動(dòng)氣腔的進(jìn)行伸展到某一定長(zhǎng)度尺寸，由于不對(duì)稱位置的驅(qū)動(dòng)氣腔的伸展，會(huì)受到整體結(jié)構(gòu)的牽連作用的影響，為了滿足整體結(jié)構(gòu)的力矩平衡，那么整個(gè)軟體機(jī)器人就會(huì)發(fā)生可控角度的彎曲，而且本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的軟體機(jī)器人由于設(shè)置串并融合的驅(qū)動(dòng)氣腔的驅(qū)動(dòng)模式，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)軟體機(jī)器人任意角度的雙彎曲形式。
[0040]作為優(yōu)選所述韌性芯軸前段開有微型孔洞數(shù)為15，分別用以連接3個(gè)并聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔、3組串聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔(每組2個(gè))、3個(gè)前端蓋偽足氣腔和3個(gè)后端蓋偽足氣腔。
[0041]如圖6所示，串并融合偽足軟體機(jī)器人的前段單串聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔充入高壓氣體發(fā)生彎曲的結(jié)構(gòu)示意圖，圖示彎曲形式為前端蓋3偽足氣腔處于非動(dòng)作狀態(tài)，彈性基體內(nèi)并聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔6均處于非動(dòng)作狀態(tài)，前段串聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔71包含第一前段串聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔711，第二前段串聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔712，第三前段串聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔713，其中僅第一前段串聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔711充入高壓氣體，第二、第三前段串聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔處于非工作狀態(tài)，由于第一前段串聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔711充入高壓氣體會(huì)發(fā)生伸展，但由于上述伸展為軸向非對(duì)稱分布，因此改伸展會(huì)受到彈性基體
1、端蓋和韌性芯軸2的限制作用，并為了滿足力矩平衡而發(fā)生彎曲現(xiàn)象，上述彎曲現(xiàn)象僅有第一前段串聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔711產(chǎn)生僅對(duì)串并融合偽足軟體機(jī)器人前段發(fā)生彎曲，對(duì)后端無(wú)明顯影響。后端串聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔72與前端串聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔71形態(tài)一致，同樣包含第一后端串聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔721，第二后端串聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔722，第三后端串聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔723，在圖示彎曲形式中后段彈性基體依然保持直線狀態(tài)，由于后端串聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔72均處于非工作狀態(tài)，均為沖入高壓氣體。后端蓋4偽足氣腔處于非動(dòng)作狀態(tài)。
[0042]如圖7所示，串并融合偽足軟體機(jī)器人的前段、后段同組的單串聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔充入高壓氣體發(fā)生彎曲的結(jié)構(gòu)示意圖，圖示彎曲形式為前端蓋3偽足氣腔處于非動(dòng)作狀態(tài)，彈性基體內(nèi)并聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔6均處于非動(dòng)作狀態(tài)，前段串聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔71包含第一前段串聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔711，第二前段串聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔712，第三前段串聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔713，其中僅第一前段串聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔711充入高壓氣體，第二、第三前段串聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔處于非工作狀態(tài)，由于第一前段串聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔711充入高壓氣體會(huì)發(fā)生伸展，但由于上述伸展為軸向非對(duì)稱分布，因此改伸展會(huì)受到彈性基體1、端蓋和韌性芯軸2的限制作用，并為了滿足力矩平衡而發(fā)生彎曲現(xiàn)象，上述彎曲現(xiàn)象僅有第一前段串聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔711產(chǎn)生僅對(duì)串并融合偽足軟體機(jī)器人前段發(fā)生彎曲，對(duì)后端無(wú)明顯影響。后段串聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔72包含第一后段串聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔721，第二后段串聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔722，第三后段串聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔723，其中僅第一后段串聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔721充入高壓氣體，第二、第三后段串聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔處于非工作狀態(tài)，由于第一后段串聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔721充入高壓氣體會(huì)發(fā)生伸展，但由于上述伸展為軸向非對(duì)稱分布，因此改伸展會(huì)受到彈性基體1、端蓋和韌性芯軸2的限制作用，并為了滿足力矩平衡而發(fā)生彎曲現(xiàn)象，上述彎曲現(xiàn)象僅有第一后段串聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔721產(chǎn)生僅對(duì)串并融合偽足軟體機(jī)器人后段發(fā)生彎曲，對(duì)前端無(wú)明顯影響。上述前段、后端彈性基體的彎曲處在同一平面內(nèi)。后端蓋4偽足氣腔處于非動(dòng)作狀態(tài)。
[0043]如圖8所示，串并融合偽足軟體機(jī)器人的單并聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔充入高壓氣體發(fā)生彎曲的結(jié)構(gòu)示意圖。圖示彎曲形式為前端蓋3偽足氣腔處于非動(dòng)作狀態(tài)，彈性基體內(nèi)串聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔7均處于非動(dòng)作狀態(tài)，并聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔6包含第一并聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔61，第二并聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔62，第三并聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔63，其中僅第一并聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔61充入高壓氣體，第二、第三并聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔處于非工作狀態(tài)，由于第一并聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔61充入高壓氣體會(huì)發(fā)生伸展，但由于上述伸展為軸向非對(duì)稱分布，因此改伸展會(huì)受到彈性基體1、端蓋和韌性芯軸2的限制作用，并為了滿足力矩平衡而發(fā)生彎曲現(xiàn)象。后端蓋4偽足氣腔處于非動(dòng)作狀態(tài)。單并聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔充入高壓氣體發(fā)生彎曲呈類似等曲率同平面彎曲。
[0044]如圖9所示，串并融合偽足軟體機(jī)器人的前段、后端非同組的單串聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔充入高壓氣體彎曲的結(jié)構(gòu)示意圖。圖示彎曲形式為前端蓋3偽足氣腔處于非動(dòng)作狀態(tài)，彈性基體內(nèi)并聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔6均處于非動(dòng)作狀態(tài)，前段串聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔71包含第一前段串聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔711，第二前段串聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔712，第三前段串聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔713，其中僅第一前段串聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔711充入高壓氣體，第二、第三前段串聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔處于非工作狀態(tài)，由于第一前段串聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔711充入高壓氣體會(huì)發(fā)生伸展，但由于上述伸展為軸向非對(duì)稱分布，因此改伸展會(huì)受到彈性基體1、端蓋和韌性芯軸2的限制作用，并為了滿足力矩平衡而發(fā)生彎曲現(xiàn)象，上述彎曲現(xiàn)象僅有第一前段串聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔711產(chǎn)生僅對(duì)串并融合偽足軟體機(jī)器人前段發(fā)生彎曲，對(duì)后端無(wú)明顯影響。后段串聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔72包含第一后段串聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔721，第二后段串聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔722，第三后段串聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔723，其中僅第二后段串聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔722充入高壓氣體，第一、第三后段串聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔處于非工作狀態(tài)，由于第二后段串聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔722充入高壓氣體會(huì)發(fā)生伸展，但由于上述伸展為軸向非對(duì)稱分布，因此改伸展會(huì)受到彈性基體1、端蓋和韌性芯軸2的限制作用，并為了滿足力矩平衡而發(fā)生彎曲現(xiàn)象，上述彎曲現(xiàn)象僅有第二后段串聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔722產(chǎn)生僅對(duì)串并融合偽足軟體機(jī)器人后段發(fā)生彎曲，對(duì)前端無(wú)明顯影響。上述前段、后端彈性基體的彎曲處在非同一平面內(nèi)，形成一種雙彎曲的姿態(tài)。后端蓋4偽足氣腔處于非動(dòng)作狀態(tài)。
[0045]如圖10，為串并融合偽足軟體機(jī)器人的水平移動(dòng)的仿毛蟲運(yùn)動(dòng)步態(tài)示意圖，在上述彈性肌體的串并聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔基礎(chǔ)上，所述前端蓋偽足驅(qū)動(dòng)氣腔5、后端蓋偽足驅(qū)動(dòng)氣腔9與彈性基體包含的2類驅(qū)動(dòng)氣腔相似，不同之處在于偽足驅(qū)動(dòng)氣腔外壁沒(méi)有嵌入約束彈簧，當(dāng)高壓氣體充入偽足氣腔，由于端蓋選用伸展性較好的材料，那么偽足氣腔會(huì)向外壁發(fā)生膨脹，形狀類似昆蟲的足。步驟I:后端蓋偽足氣腔充入高壓氣體，形成后偽足;步驟2:彈性基體內(nèi)的3個(gè)并聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔同時(shí)充入等壓強(qiáng)的高壓氣體，彈性基體會(huì)發(fā)生軸向伸長(zhǎng)，徑向縮短;步驟3:前端蓋偽足氣腔充入高壓氣體，形成前偽足;步驟4:后端偽足氣腔內(nèi)高壓氣體釋放，后偽足縮回；步驟5:彈性基體內(nèi)的并聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔內(nèi)的高壓氣體釋放，彈性基體發(fā)生軸向縮短，徑向伸長(zhǎng)，使軟體機(jī)器人發(fā)生整體軸向水平移動(dòng)，且其移動(dòng)形式類似毛蟲運(yùn)動(dòng)形式；步驟6:后端偽足氣腔內(nèi)高壓氣體釋放，后偽足縮回。如此完成了串并融合偽足軟體機(jī)器人向軸向水平移動(dòng)一步全部過(guò)程，如此往復(fù)循環(huán)可以使軟體機(jī)器人不斷向前運(yùn)動(dòng)。
[0046]本實(shí)用新型串并融合偽足軟體機(jī)器人的端蓋設(shè)計(jì)有符合軟體材料特性和氣動(dòng)特性的仿生偽足結(jié)構(gòu);該軟體機(jī)器人的基節(jié)設(shè)計(jì)有并聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔和串聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔，通過(guò)不同位置的驅(qū)動(dòng)氣腔進(jìn)行選擇并控制通入的高壓氣體的壓力大小，可以實(shí)現(xiàn)軟體機(jī)器人的任意角度的雙彎曲形態(tài)。仿生偽足與基節(jié)相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)串并融合偽足軟體機(jī)器人類蛇爬行。由于串并融合偽足軟體機(jī)器人具有現(xiàn)剛性機(jī)器人所不具備的多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn):柔順行、適應(yīng)性和安全性，可以深入到大量非結(jié)構(gòu)環(huán)境中去:前段安裝攝像頭，可以作為軍事偵察、內(nèi)窺鏡的作用，韌性芯軸中部開通孔，可以實(shí)現(xiàn)液態(tài)物資的運(yùn)輸?shù)扔猛尽?br>[0047]應(yīng)理解，上述實(shí)施例僅用于說(shuō)明本實(shí)用新型而不用于限制本實(shí)用新型的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本實(shí)用新型講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本實(shí)用新型作各種改動(dòng)或修改，包括多種在該軟體機(jī)器人上發(fā)展出行走步態(tài)，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種串并融合偽足軟體機(jī)器人，其特征在于:包括基節(jié)、前端蓋和后端蓋，所述基節(jié)的前端使用前端蓋封閉，所述基節(jié)的尾端使用后端蓋封閉，所述基節(jié)包含彈性基體和韌性芯軸，所述彈性基體開有多個(gè)軸向孔，中心部位為圓形通孔，所述圓形通孔塞入韌性軸芯，所述彈性基體與韌性芯軸相互連接； 所述軸向孔包含2類氣腔，分別為并聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔和串聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔，所述并聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔為彈性基體所開出的軸向通孔，其截面采用弧形，在彈性基體橫截面上等弧度均勻分布;所述并聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔內(nèi)壁中心開有用以插入微型氣管的并聯(lián)微型孔，所述并聯(lián)微型孔會(huì)延伸到韌性芯軸;所述串聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔的截面采用弧形，在彈性基體的軸向方向上中間部位設(shè)有隔斷形成兩個(gè)等長(zhǎng)度軸向一致的串聯(lián)子氣腔，兩個(gè)串聯(lián)子氣腔互相無(wú)通路，每個(gè)串聯(lián)子氣腔內(nèi)壁中心開有用以插入微型氣管的串聯(lián)微型孔，所述串聯(lián)微型孔會(huì)中心延伸到韌性芯軸； 所述彈性基體的軸向孔外壁嵌入約束彈簧； 所述韌性芯軸前端開有中心微型孔洞，所述中心微型孔洞延伸到與并聯(lián)微型孔、串聯(lián)微型孔相接，微型氣管會(huì)分別插入中心微型孔、并聯(lián)微型孔和串聯(lián)微型孔中。2.如權(quán)利要求1所述的串并融合偽足軟體機(jī)器人，其特征在于:所述韌性芯軸與彈性基體相互粘合。3.如權(quán)利要求1或2所述的串并融合偽足軟體機(jī)器人，其特征在于:所述前端蓋包含前端蓋偽足氣腔，所述前端蓋偽足氣腔為前端蓋內(nèi)開出的封閉腔體，其截面采用弧形，在前端蓋橫截面上等弧度均勻分布;所述前端蓋偽足氣腔內(nèi)壁中心開有前端蓋微型孔，所述前端蓋微型孔會(huì)延伸到韌性芯軸，用以插入前端蓋偽足微型氣管； 所述后端蓋包含后端蓋偽足氣腔，所述后端蓋偽足氣腔為后端蓋內(nèi)開出的封閉腔體，其截面采用弧形，在后端蓋橫截面上等弧度均勻分布;所述后端蓋偽足氣腔內(nèi)壁中心開有后端蓋微型孔，所述后端蓋微型孔會(huì)延伸到韌性芯軸，用以插入后端蓋偽足微型氣管。4.如權(quán)利要求1或2所述的串并融合偽足軟體機(jī)器人，其特征在于:所述前端蓋與彈性基體的前段粘合，所述后端蓋與彈性基體的后端粘合。5.如權(quán)利要求1或2所述的串并融合偽足軟體機(jī)器人，其特征在于:所述串聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔和并聯(lián)驅(qū)動(dòng)氣腔均選用3個(gè)，并且6個(gè)弧形氣腔在所述彈性基體橫截面上等面積均勻分布，弧形截面的角度為40°。
【文檔編號(hào)】B25J11/00GK205572436SQ201620103236
【公開日】2016年9月14日
【申請(qǐng)日】2016年2月2日
【發(fā)明人】鮑官軍, 姚鵬飛, 許宗貴, 夏罕彪, 顏俊民, 王志恒, 楊慶華, 胥芳, 張立彬
【申請(qǐng)人】浙江工業(yè)大學(xué)