一种仿尺蠖攀爬的气动软体机器人制造技术

本发明专利技术公开一种仿尺蠖攀爬的气动软体机器人，包括弯曲模块以及与弯曲模块端部相连的夹持模块；弯曲模块和夹持模块均为上下堆叠的层状结构，包括可弹性弯曲变形的限制层以及内部设有密封空间且弹性膨胀变形的膨胀层，限制层顶面与膨胀层底面相连，限制层的弹性模量小于膨胀层的弹性模量，膨胀层表面还设有充放气机构与膨胀层内部通连。相对于现有技术的，本发明专利技术提出的一种仿尺蠖攀爬的气动软体机器人具有结构简单、控制简单、动作可靠以及适应性强等优点。

A pneumatic software robot with inchworm like climbing

The invention discloses an inchworm climbing pneumatic robot, including bending and bending module is connected with the end part of the clamping module module; bending module and clamping module are stacked on the layered structure, including elastic deformation of the limiting layer and is arranged inside the sealing space and the elastic expansion deformation layer the limiting layer top surface and the expanding layer is connected with the bottom surface of the elastic modulus, elastic modulus is less than the limit layer expansion layer, the expansion layer is also arranged on the surface of the charging and discharging mechanism and the expansion of internal communication. Compared with the prior art, the present invention provides an inchworm pneumatic software robot, which has the advantages of simple structure, simple control, reliable action and strong adaptability.

【技术实现步骤摘要】
一种仿尺蠖攀爬的气动软体机器人
本专利技术涉及机器人自动化控制领域，特别涉及一种仿尺蠖攀爬的气动软体机器人。
技术介绍
在农业、林业和建筑业以及军事侦察上，机器人需要应对各种不规则且复杂的地理环境以及高空作业应用场景中，例如果树剪枝、果实采摘、茶叶和花蜜采集、路灯维修更换、电线架设检查等工作。机器人需要具备较强的环境适应性才能应付各种不同复杂环境以进行作业工作。近年来，国内外研制不少用于攀爬的机器人系统，主要分为用于爬杆和爬壁两大类。国外学者公布了3DCLIMBER、RiSE、Stickybot等机器人系统，而国内也相继研发出Climbot、Wallbot等系统，这些刚体攀爬机器人能够在一些指定尺寸、形状或者一定粗糙度、光滑度的壁面进行攀爬。传统刚体机器人在复杂以及未知动态环境中进行工作时，由于传统刚体机器人本身存在不够灵活、环境适应性较差、体积笨重以及噪声大等缺点，因此造成传统刚体机器人适应能力不强。随着材料学等交叉学科的发展，软体机器人为解决传统刚体机器人面对的技术问题提供了广阔的空间以及发展思路。其中，因为软体机器人由柔性材料构成，理论上具有无限自由度，能够呈现出任意的连续变形。与传统的刚体攀爬机器人不同，软体攀爬机器人对不同的环境中均拥有出色的攀爬能力。其中韩国首尔大学使用软电路板作为躯体，SMA弹簧为驱动，从而研制成高集成度的Omegabot，其能够在一定结构化或非结构化攀爬环境中进行攀爬使用，但负载能力非常小。而美国科学家使用软质材料研制出一种多步态的四足气动爬行机器人，其能够抗压和抗高温，但爬行速度非常缓慢且只能在平地进行爬行。中国科技大学研制了一款SMA丝驱动的仿海星机器人，其能够在水中进行游动但在陆地上的爬行能力较差。因此，研制一种能适用于平地、杆件环境并且结构简单、爬行速度快以及制造成本低的软体机器人是非常必要的。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是提出一种结构简单、控制简单、动作可靠以及适应性强仿尺蠖攀爬的气动软体机器人，旨在扩大软体机器人的应用范围。为实现上述目的，本专利技术提出的一种仿尺蠖攀爬的气动软体机器人，其特征在于，包括弯曲模块以及与所述弯曲模块端部相连的夹持模块；所述弯曲模块和所述夹持模块均为上下堆叠的层状结构，包括可弹性弯曲变形的限制层以及内部设有密封空间且弹性膨胀变形的膨胀层，所述限制层顶面与所述膨胀层底面相连，所述限制层的弹性模量小于所述膨胀层的弹性模量，所述膨胀层表面还设有充放气机构与所述膨胀层内部通连。优选地，所述限制层内部设有弹性模量小于所述膨胀层弹性模量的内部限制层。优选地，所述内部限制层为玻璃纤维层。优选地，所述弯曲模块和/或所述夹持模块的中部外表面包裹有限形网。优选地，所述充放气机构包括与所述膨胀层内部通连的气管，所述气管的另一端与气管接头相连。优选地，所述膨胀层底面和所述限制层顶面粘接相连。优选地，所述膨胀层和所述限制层为硅橡胶材质或硅胶材质。优选地，所述弯曲模块的两端分别与所述夹持模块的中部垂直相连。优选地，所述弯曲模块的端部设有第一搭接块，所述夹持模块中部设有第二搭接块，所述第一搭接块和所述第二搭接块以胶接方式紧密连接。本专利技术技术方案通过采用通过在内部设有密封空间且可膨胀变形的膨胀层底部相连有弹性模量相对较小的限制层，从而使得膨胀层的端部在膨胀变形时受到限制层的约束而向限制层中心进行靠拢，这样既可实现两端的夹持模块可靠地夹持棒状物，同时弯曲模块弯曲变形或恢复平直状态从而推动或拉动未处于夹持状态的夹持模块进行移动。通过弯曲模块以及夹持模块相互配合交替作用，使得本专利技术技术方案的仿尺蠖攀爬的气动软体机器人沿着棒状物或者地面可靠地移动。另外，通过在限制层内部设置弹性量小于膨胀层的内部限制层，并且优选地，该内部限制层为玻璃纤维，这样使得限制层在整体结构上实现对膨胀层进行可靠约束变形，膨胀层在膨胀过程中，膨胀层两端朝特定方向进行变形以保证夹持的可靠性。因为膨胀层的膨胀变形是沿着各个方向进行膨胀变形，通过在弯曲模块和/或夹持模块的中部外表面包裹限形网，这样使得膨胀层在膨胀变形时，膨胀层的端部不会受到约束，膨胀层端部可靠地向限制层中心靠拢而不会受限，而膨胀层的中部位置则会受到限制，以避免膨胀层变形过大造成破损。本专利技术技术方案中，膨胀层底面和限制层顶面粘接相连，并且膨胀层和限制层可为硅橡胶材质或硅胶材质。通过粘接方式使得膨胀层和限制层在变形时，两者之间充分接触且受力较为均匀，限制层对膨胀层可靠约束。并且膨胀层和限制层可为硅橡胶材质或硅胶材质，使得限制层对棒状物进行夹持时内部摩擦力较大，使得气动软体机器人可靠地夹紧棒状物以避免发生坠落。相对于现有技术，本专利技术技术方案气动软体机器人具有以下优点：1)控制简单。本专利技术的气动软体机器人中，位于端部的夹持模块以及弯曲模块只需通过向其膨胀层充入气体或者释放气体即可完成相应的夹持或者弯曲动作，以完成夹持或者移动的步骤。2)动作可靠。通过在限制层内部加入玻璃纤维作为内部限制层，使得限制层的弹性模量降低，以使得限制层对膨胀层的膨胀约束更加可靠，并且弯曲模块和夹持模块中部均包裹有限形网，这样使得膨胀层膨胀过程中不会变形过大造成破损，同时也保证膨胀层两端向限制层中部可靠进行膨胀变形以对棒状物可靠夹持。本专利技术技术方案中的弯曲模块和夹持模块均为硅橡胶或硅胶，因此夹持或者与地面的摩擦力都较大，以保证工作过程的可靠性。3)适应性强。本专利技术技术方案的气动软体机器人通过弯曲模块和夹持模块交替配合进行动作，可以适用于树枝、桁架等棒状的结构，或者应用于地面进行攀爬等动作，因此具有较强的适用性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，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专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。图1为本专利技术仿尺蠖攀爬的气动软体机器人的外形结构示意图；图2为本专利技术夹持模块的零件爆炸图；图3为本专利技术弯曲模块的零件爆炸图；图4为本专利技术仿尺蠖攀爬的气动软体机器人攀爬棒状物的过程示意图；图5为本专利技术仿尺蠖攀爬的气动软体机器人平地爬行的过程示意图。附图标号说明：标号名称标号名称1弯曲模块7限制层2夹持模块8内部限制层3限形网9第二搭接块4气管10第一搭接块5气管接头11棒状物6膨胀层本专利技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。需要说明，若本专利技术实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各棒状物之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。另外，若本专利技术实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种仿尺蠖攀爬的气动软体机器人，其特征在于，包括弯曲模块以及与所述弯曲模块端部相连的夹持模块；所述弯曲模块和所述夹持模块均为上下堆叠的层状结构，包括可弹性弯曲变形的限制层以及内部设有密封空间且弹性膨胀变形的膨胀层，所述限制层顶面与所述膨胀层底面相连，所述限制层的弹性模量小于所述膨胀层的弹性模量，所述膨胀层表面还设有充放气机构与所述膨胀层内部通连。

【技术特征摘要】
1.一种仿尺蠖攀爬的气动软体机器人，其特征在于，包括弯曲模块以及与所述弯曲模块端部相连的夹持模块；所述弯曲模块和所述夹持模块均为上下堆叠的层状结构，包括可弹性弯曲变形的限制层以及内部设有密封空间且弹性膨胀变形的膨胀层，所述限制层顶面与所述膨胀层底面相连，所述限制层的弹性模量小于所述膨胀层的弹性模量，所述膨胀层表面还设有充放气机构与所述膨胀层内部通连。2.如权利要求1所述的仿尺蠖攀爬的气动软体机器人，其特征在于，所述限制层内部设有弹性模量小于所述膨胀层弹性模量的内部限制层。3.如权利要求2所述的仿尺蠖攀爬的气动软体机器人，其特征在于，所述内部限制层为玻璃纤维层。4.如权利要求2所述的仿尺蠖攀爬的气动软体机器人，其特征在于，所述弯曲模块和/或所述夹持模块的中...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢荣臻，张逸鸿，管贻生，李明军，苏满佳，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44