一种基于蜂巢气动网络的软体机器人制造技术

本发明专利技术公开了一种基于蜂巢气动网络的软体机器人，包括：柔性蜂巢结构、气囊、导管与气动控制器；其中：所述柔性蜂巢结构为具有可变形能力的空间立体结构，该空间立体结构由等厚壁面及其围成的空腔构成，空间立体结构的最小单元的截面为正六边形或近似正六边形，各最小单元交错紧密排列；所述气囊置于柔性蜂巢结构的空腔中，作为软体机器人的驱动单元，各个空腔中的气囊通过连接结构相互连接形成气动网络，气动网络通过导管与气动控制器相连，由所述气动控制器控制气动网络的充气与放气。该方案具有良好的稳定性和连续形变特性，可实现较大载重；且软体机器人工作环境更加多样，可执行任务更加复杂。

A software robot based on the honeycomb pneumatic network

The invention discloses a software robot, pneumatic honeycomb network based on honeycomb structure, which comprises a flexible air bag, catheter and pneumatic controller; wherein the flexible honeycomb structure for spatial structure with deformation ability, the spatial structure is composed of thick wall and cavity surrounded by a cross section the smallest unit of space structure is hexagon or approximate hexagon, the smallest unit of the staggered arranged closely; the cavity bag is arranged at the flexible honeycomb structure, as a driving unit of the robot software, the air bag in the cavities are connected to form the pneumatic network by connecting structure, pneumatic network connected by conduit and gas the motion controller, the pneumatic pneumatic controller to control the inflation and deflation of the network. The scheme has good stability and continuous deformation characteristics, and achieves large load. Moreover, the working environment of the software robot is more varied, and the executable task is more complex.

【技术实现步骤摘要】
一种基于蜂巢气动网络的软体机器人
本专利技术涉及机器人
，尤其涉及一种基于蜂巢气动网络的软体机器人。
技术介绍
现有的传统机器人多使用“硬”性材料(一般为金属)作为支撑结构，使用电机或者液压驱动。这一类机器人能很好的完成预先指定的工作(如工厂里高强度高重复性的装配)。但这类机器人在复杂环境如：管道检修、医疗诊治、废墟搜救以及军事侦察等非结构化环境应用场合下，由于作业环境狭窄、多变并且存在各种未知障碍，因此机器人的自主移动和越障实现相对困难，可能无法到达作业地点，工作就有严重的局限。此外，传统机器人与人交互存在严重的安全性问题。为了提升传统机器人在复杂环境下的工作能力，人们试图从仿生学角度去设计和制作高冗余度的机器人以完成复杂环境下的工作任务。生物按照分类法则可分为：原核生物界，原生生物界，真菌界，植物界，动物界。其中动物界是人类研究最多并用于指导机器人设计与制造的。其中脊椎动物(如人，犬等)更是当下研究的热点。近些年来，一些团队也开始探索模仿无脊椎动物(章鱼，蚯蚓等)，实现超高自由度的软体机器人的设计与制造，软体机器人主要由弹性基础材料构成，依靠空间上的连续变形进行运动，理论上具有无限多运动自由度，其末端执行器能到达三维作业空间任意位置点，由于内部不含刚性结构，因此在穿越障碍物时，能最大限度地降低冲击载荷和屈服抗力，减少本体损伤。软体机器人能够通过自身形状变化来适应狭窄、多变的作业环境，这使得它们成为在管道检测、人体医疗诊治、废墟搜救等非结构化应用场合中的理想选择。进一步的研究发现，自然界中除了动物界以外，植物界也广泛存在着快速高效的柔性运动(如植物气孔)。从仿生学原理出发，模仿植物细胞结构制作的软体机器人对材料的要求更低，并且载重较好，可能是未来实用软体机器人的发展方向。现有的软体机器人有以下几种类型：电活化聚合物驱动，记忆合金驱动以及气动网络驱动。其中：电活化聚合物的特性接近真实的肌肉，通电状态下，聚合物的长度发生改变，移去电压后又恢复原长，由此来提供驱动力，但电活化聚合物控制理论不成熟且加工困难。记忆合金的形状会随温度变化而变化，因此用记忆合金可以制成机器人的某些部分，控制温度则可实现机器人的运动，但这种方法控制相对困难。气动网络是一种新型的驱动方法，但是由于软体机器人受其原理限制，载重较小。并且，用于制造软体机器人的新材料往往受制于材料科学技术的发展。同时，用于软机器人的气动驱动器特性完全区别于传统驱动设备(如电机，液压杆)，所以传统的驱动器制备方法和驱动方法不适用于软机器人；鉴于此，有必要对软体机器人的内部结构进行改进。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于蜂巢气动网络的软体机器人，具有良好的稳定性和连续形变特性，可实现较大载重；且软体机器人工作环境更加多样，可执行任务更加复杂。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种基于蜂巢气动网络的软体机器人，包括：柔性蜂巢结构、气囊、导管与气动控制器；其中：所述柔性蜂巢结构为具有可变形能力的空间立体结构，该空间立体结构由等厚壁面及其围成的空腔构成，空间立体结构的最小单元的截面为正六边形或近似正六边形，各最小单元交错紧密排列；所述气囊置于柔性蜂巢结构的空腔中，作为软体机器人的驱动单元，各个空腔中的气囊通过连接结构相互连接形成气动网络，气动网络通过导管与气动控制器相连，由所述气动控制器控制气动网络的充气与放气。所述柔性蜂巢结构的空腔中放置了上下两个气囊。所述各个空腔中的气囊通过连接结构相互连接形成气动网络包括：每个空腔的单侧放置上下两个折叠后的气囊，成为一个驱动单元，通过第一连接结构来连接同一空腔中的两个气囊并控制空腔的形变，通过第二连接结构连接相邻两个空腔内的气囊，从而形成气动网络。所述气动网络通过导管与气动控制器相连包括：气动网络中每一空腔中的一组气囊均通过导管与气动控制器相连。所述气囊利用聚乙烯高分子薄膜制成。所述导管为硅胶柔性导管。所述气动控制器包括依次连接的上位机、下位机以及电磁阀。由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，蜂巢结构的设计使得常规材料可以用于软体机器人的建造，且使用该软体机器人有良好的载重性能和稳定性；此外，通过气动网络驱动方案，用单个气囊-蜂巢的结构模拟单个植物细胞的细胞膜-细胞壁结构，可实现单个蜂巢的变形，通过控制单个或一组蜂巢的变形，实现整体结构的超高自由度运动，由此解决了软体机器人超高自由度的驱动问题，使得软体机器人在三维空间的连续变形能力得到充分体现；总之，该软体机器人可实现在三维空间内的变形，且可实现较大载重。不同于现有的软体机器人设计，该软体机器人工作环境更加多样，可执行任务更加复杂，且加工方式简单，性能稳定，成本较低。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例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，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。图1为本专利技术实施例提供的一种基于蜂巢气动网络的软体机器人的整体结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的柔性蜂巢结构示意图；图3为本专利技术实施例提供的折叠后的气动网络示意图；图4为本专利技术实施例提供的单个气囊连接成为气动网络的示意图；图5为本专利技术实施例提供的蜂巢结构在三维空间中的受力弯曲的示意图；其中5-a为三维空间蜂巢结构的示意图，5-b为所述蜂巢结构沿z轴伸长的示意图，5-c为所述蜂巢结构在x-y平面中受力弯曲的示意图，5-d为所述蜂巢结构在x-z平面中受力弯曲的示意图；上述附图中，1-导管，2-气囊，3-蜂巢结构，4-蜂巢结构的壁，5-蜂巢结构围成的空腔，6-单个气囊，7-第一连接结构，8-第二连接结构。具体实施方式下面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一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。本专利技术实施例提供一种基于蜂巢气动网络的软体机器人，如图1所示，其主要包括：柔性蜂巢结构3、气囊2、导管1与气动控制器(图1未示出)；其中：如图2所示，所述柔性蜂巢结构3为具有可变形能力的空间立体结构，该空间立体结构由等厚壁面4及其围成的空腔5构成，空间立体结构的最小单元的截面为正六边形或近似正六边形，各最小单元交错紧密排列。所述气囊2置于柔性蜂巢结构3的空腔5中，作为软体机器人的驱动单元，各个空腔中的气囊通过连接结构相互连接形成气动网络，气动网络通过导管1与气动控制器相连，由所述气动控制器控制气动网络的充气与放气。本专利技术实施例中，所述柔性蜂巢结构的空腔中放置了上下两个气囊，所述气囊可利用聚乙烯高分子薄膜制成。如图3-4所示，每个空腔的单侧放置上下两个折叠后的气囊，成为一个驱动单元，通过第一连接结构7来连接同一空腔中的两个气囊并控制空腔的形变，通过第二连接结构8连接相邻两个空腔内的气囊，从而形成气动网络。本专利技术实施例中，气动网络中每一空腔中的一组气囊均通过导管与气动控制器相连。此处的导管可为硅胶柔性导管，且在导管与气囊的连接处植入直通头，保证连接处的气密性。本专利技术实施例中，气动控制器包括依次连接本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于蜂巢气动网络的软体机器人，其特征在于，包括：柔性蜂巢结构、气囊、导管与气动控制器；其中：所述柔性蜂巢结构为具有可变形能力的空间立体结构，该空间立体结构由等厚壁面及其围成的空腔构成，空间立体结构的最小单元的截面为正六边形或近似正六边形，各最小单元交错紧密排列；所述气囊置于柔性蜂巢结构的空腔中，作为软体机器人的驱动单元，各个空腔中的气囊通过连接结构相互连接形成气动网络，气动网络通过导管与气动控制器相连，由所述气动控制器控制气动网络的充气与放气。

【技术特征摘要】
1.一种基于蜂巢气动网络的软体机器人，其特征在于，包括：柔性蜂巢结构、气囊、导管与气动控制器；其中：所述柔性蜂巢结构为具有可变形能力的空间立体结构，该空间立体结构由等厚壁面及其围成的空腔构成，空间立体结构的最小单元的截面为正六边形或近似正六边形，各最小单元交错紧密排列；所述气囊置于柔性蜂巢结构的空腔中，作为软体机器人的驱动单元，各个空腔中的气囊通过连接结构相互连接形成气动网络，气动网络通过导管与气动控制器相连，由所述气动控制器控制气动网络的充气与放气。2.根据权利要求1所述的一种基于蜂巢气动网络的软体机器人，其特征在于，所述柔性蜂巢结构的空腔中放置了上下两个气囊。3.根据权利要求1或2所述的一种基于蜂巢气动网络的软体机器人，其特征在于，所述各个空腔中的气囊通过连接结构相互连接形...

【专利技术属性】
技术研发人员：王展翅，姜皓，陈晓彤，陈小平，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34