一种基于磁流体的两栖软体机器人制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于磁流体的两栖软体机器人及其运动控制方法，包括机器人本体、空腔气囊和运动控制系统，空腔气囊设置在机器人本体上；机器人本体内部注入有磁流体；运动控制系统包括控制器、电磁铁控制模块和电磁铁；电磁铁设置在空腔气囊内部；控制器的IO端口连接电磁铁控制模块的信号输入端，电磁铁控制模块的信号输出端连接电磁铁；或者本实用新型专利技术将电磁铁设置在机器人内部，磁流体注入到空腔气囊内部。本实用新型专利技术通过控制电磁铁所获得的电压能够在水陆两栖上实现快速、灵活的运动，具有耗能低、噪音小、体积小以及隐秘性强的优点，在未来的水上、陆地侦查、勘察等方面具有良好的潜在价值。

An Amphibious Software Robot Based on Magnetic Fluid

The utility model discloses an amphibious software robot based on magnetic fluid and its motion control method, including a robot body, a cavity airbag and a motion control system. The cavity airbag is arranged on the robot body; a magnetic fluid is injected into the robot body; a motion control system includes a controller, an electromagnet control module and an electromagnet; and an electromagnet is arranged inside the cavity airbag. The IO port of the controller is connected with the signal input end of the electromagnet control module, and the signal output end of the electromagnet control module is connected with the electromagnet; or the electromagnet is arranged inside the robot and the magnetic fluid is injected into the cavity air bag. By controlling the voltage obtained by the electromagnet, the utility model can realize fast and flexible movement on amphibious land and water, has the advantages of low energy consumption, low noise, small volume and strong concealment, and has good potential value in water, land reconnaissance and reconnaissance in the future.

【技术实现步骤摘要】
一种基于磁流体的两栖软体机器人
本技术涉及一种机器人，特别涉及一种基于磁流体的两栖软体机器人。
技术介绍
磁流体，又称磁性液体、铁磁流体或磁液，是一种新型的功能材料，它既具有液体的流动性又具有固体磁性材料的磁性。是由直径为纳米量级(10纳米以下)的磁性固体颗粒、基载液(也叫媒体)以及界面活性剂三者混合而成的一种稳定的胶状液体。该流体在静态时无磁性吸引力，当外加磁场作用时，才表现出磁性，正因如此，它才在实际中有着广泛的应用，在理论上具有很高的学术价值。目前，磁流体广泛运用在医疗、发电、密封、减震等领域，但在机器人领域中研究甚少，而磁流体本身具有液体的流动性又具有固体磁性材料的磁性，能够做出超微型且拥有强大灵活性的软体机器人，磁流体在机器人领域具有很大的前景。2015年，HernandoLeon-Rodriguez等人设计了一种新型的软体微型机器人，磁流体材料的全皮肤运动，对于医学上有潜在发展前景。同年BangxiangChen做了球形磁流体机器人样机，能够在陆地上控制其变形、翻滚，达到驱动的目的。Zhang,T.S.等人在MEMS会议中提出了可控的“空翻”磁性软体机器人。而TadayukiTone等人研究了基于磁流体的软体片，能够控制其变形并运输物体，到了2018年，他们研究了铁磁流体的机器人工作液自动控制。但是上述机器人的运动均需要通过外部进行驱动，机器人的活动范围受限于电磁铁的区域大小与作用范围。
技术实现思路
本技术的第一目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种耗能低、噪音小、体积小以及隐秘性强的基于磁流体的两栖软体机器人，本技术通过实现电磁铁与磁流体机器人一体化结合，使得机器人能够脱离电磁铁的限制，获得更大的活动范围，能够在水陆两栖上实现快速、灵活的运动，在未来的水上、陆地侦查、勘察等方面具有良好的潜在价值。本技术的第二目的在于提供另一种耗能低、噪音小、体积小以及隐秘性强的基于磁流体的两栖软体机器人，本技术通过实现电磁铁与磁流体机器人一体化结合，使得机器人能够脱离电磁铁的限制，获得更大的活动范围，能够在水陆两栖上实现快速、灵活的运动，在未来的水上、陆地侦查、勘察等方面具有良好的潜在价值。本技术的第四目的在于提供一种上述基于磁流体的两栖软体机器人的运动控制方法。本技术的第一目的通过下述技术方案实现：一种基于磁流体的两栖软体机器人，包括机器人本体、空腔气囊和运动控制系统，所述空腔气囊设置在机器人本体上；所述机器人本体内部注入有磁流体；所述运动控制系统包括控制器、电磁铁控制模块和电磁铁；所述电磁铁设置在空腔气囊内部；所述控制器的IO端口连接电磁铁控制模块的信号输入端，所述电磁铁控制模块的信号输出端连接电磁铁，控制器通过调节其输入到电磁铁控制模块的PWM信号的占空比来调节电磁铁控制模块输出到电磁铁的电压大小。优选的，所述空腔气囊的个数为一个或多个，当所述空腔气囊的个数为多个时，所述运动控制系统中包括的电磁铁组数和空腔气囊的个数相同，各组电磁铁分别对应布置在各个空腔气囊中，各组电磁铁分别对应通过各电磁铁控制模块连接控制器。更进一步的，所述空腔气囊的个数为四个时，四个空腔气囊正交设置在机器人本体的周围；所述运动控制系统中包括四组电磁铁，各组电磁铁分别对应布置在四个空腔气囊中，四组电磁铁分别对应通过四个电磁铁控制模块连接控制器。优选的，所述机器人本体和空腔气囊由模具进行一体化制作得到；所述机器人本体和空腔气囊由硅胶材料制作得到。优选的，所述电磁铁控制模块包括光电耦合器、开关管和二极管；所述光电耦合器包括发射管和接收器，所述发射管的正极连接第一电阻后和负极作为电磁铁控制模块的信号输入端；接收器的一端通过电阻连接直流稳压电源，另一端通过第二电阻连接开关管的第一级，同时接收器的另一端通过第三电阻接地，开关管的第二极接地，开关管的第三极连接第四电阻后与连接直流稳压电源；所述二极管的正极连接开关管的第三极，负极连接直流稳压电源，将开关管的第三电极作为电磁铁控制模块的输出端连接电磁铁一电极，电磁铁的另一电极连接直流稳压电源；所述开关管为三极管或MOS管；当开关管三极管时，开关管的第一级、第二级和第三极分别对应为基极、发射极和集电极；当第开关管为PMOS管时，开关管的第一级、第二级和第三极分别对应为栅极、源极和漏极；所述运动控制系统还包括与控制器连接的无线通信模块，控制器通过无线通信模块与上位机进行通信。本技术的第二目的通过下述技术方案实现：一种基于磁流体的两栖软体机器人，包括机器人本体、空腔气囊和运动控制系统，所述空腔气囊设置在机器人本体上；所述空腔气囊内部注入有磁流体；所述运动控制系统包括控制器、电磁铁控制模块和电磁铁；所述电磁铁设置在机器人本体内部；所述控制器的IO端口连接电磁铁控制模块的信号输入端，所述电磁铁控制模块的信号输出端连接电磁铁，控制器通过调节其输入到电磁铁控制模块的PWM信号的占空比来调节电磁铁控制模块输出到电磁铁的电压大小。优选的，所述空腔气囊的个数为一个或多个，当所述空腔气囊的个数为多个时，各空腔气囊内部均注入有磁流体；所述运动控制系统中包括的电磁铁组数和空腔气囊的个数相同，各组电磁铁分别对应布置在机器人本体内部靠近各空腔气囊的位置处；各组电磁铁分别对应通过各电磁铁控制模块连接控制器。更进一步的，所述空腔气囊的个数为四个时，四个空腔气囊正交设置在机器人本体的周围；所述运动控制系统中包括四组电磁铁，各组电磁铁分别对应布置在机器人本体内部对应四个空腔气囊的位置处，四组电磁铁分别对应通过四个电磁铁控制模块连接控制器。优选的，所述电磁铁控制模块包括光电耦合器、开关管和二极管；所述光电耦合器包括发射管和接收器，所述发射管的正极连接第一电阻后和负极作为电磁铁控制模块的信号输入端；接收器的一端连接直流稳压电源，另一端通过第二电阻连接开关管的第一级，同时接收器的另一端通过第三电阻接地，开关管的第二极接地，开关管的第三极连接第四电阻后与连接直流稳压电源；所述二极管的正极连接开关管的第三极，负极连接直流稳压电源，将开关管的第三电极作为电磁铁控制模块的输出端连接电磁铁一电极，电磁铁的另一电极连接直流稳压电源；所述开关管为三极管或MOS管；当开关管三极管时，开关管的第一级、第二级和第三极分别对应为基极、发射极和集电极；当第开关管为PMOS管时，开关管的第一级、第二级和第三极分别对应为栅极、源极和漏极；所述运动控制系统还包括与控制器连接的无线通信模块，控制器通过无线通信模块与上位机进行通信。优选的，所述机器人本体和空腔气囊由模具进行一体化制作得到；所述机器人本体和空腔气囊由硅胶材料制作得到。本技术相对于现有技术具有如下的优点及效果：(1)本技术第一目的于磁流体的两栖软体机器人，包括机器人本体、空腔气囊和运动控制系统，空腔气囊设置在机器人本体上；机器人本体内部注入有磁流体；运动控制系统包括控制器、电磁铁控制模块和电磁铁；电磁铁设置在空腔气囊内部；控制器的IO端口连接电磁铁控制模块的信号输入端，电磁铁控制模块的信号输出端连接电磁铁。在本技术中，控制器通过调节其输入到电磁铁控制模块的PWM信号的占空比来调节电磁铁控制模块输出到电磁铁的电压大小；电磁铁得电并且获取到相应大小本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于磁流体的两栖软体机器人，其特征在于，包括机器人本体、空腔气囊和运动控制系统，所述空腔气囊设置在机器人本体上；所述机器人本体内部注入有磁流体；所述运动控制系统包括控制器、电磁铁控制模块和电磁铁；所述电磁铁设置在空腔气囊内部；所述控制器的IO端口连接电磁铁控制模块的信号输入端，所述电磁铁控制模块的信号输出端连接电磁铁。

【技术特征摘要】
1.一种基于磁流体的两栖软体机器人，其特征在于，包括机器人本体、空腔气囊和运动控制系统，所述空腔气囊设置在机器人本体上；所述机器人本体内部注入有磁流体；所述运动控制系统包括控制器、电磁铁控制模块和电磁铁；所述电磁铁设置在空腔气囊内部；所述控制器的IO端口连接电磁铁控制模块的信号输入端，所述电磁铁控制模块的信号输出端连接电磁铁。2.根据权利要求1所述的基于磁流体的两栖软体机器人，其特征在于，所述空腔气囊的个数为一个或多个，当所述空腔气囊的个数为多个时，所述运动控制系统中包括的电磁铁组数和空腔气囊的个数相同，各组电磁铁分别对应布置在各个空腔气囊中，各组电磁铁分别对应通过各电磁铁控制模块连接控制器。3.根据权利要求2所述的基于磁流体的两栖软体机器人，其特征在于，所述空腔气囊的个数为四个时，四个空腔气囊正交设置在机器人本体的周围；所述运动控制系统中包括四组电磁铁，各组电磁铁分别对应布置在四个空腔气囊中，四组电磁铁分别对应通过四个电磁铁控制模块连接控制器。4.根据权利要求1所述的基于磁流体的两栖软体机器人，其特征在于，所述机器人本体和空腔气囊由模具进行一体化制作得到；所述机器人本体和空腔气囊由硅胶材料制作得到。5.根据权利要求1至4中任一项所述的基于磁流体的两栖软体机器人，其特征在于，所述电磁铁控制模块包括光电耦合器、开关管和二极管；所述光电耦合器包括发射管和接收器，所述发射管的正极连接第一电阻后和负极作为电磁铁控制模块的信号输入端；接收器的一端通过电阻连接直流稳压电源，另一端通过第二电阻连接开关管的第一级，同时接收器的另一端通过第三电阻接地，开关管的第二极接地，开关管的第三极连接第四电阻后与连接直流稳压电源；所述二极管的正极连接开关管的第三极，负极连接直流稳压电源，将开关管的第三电极作为电磁铁控制模块的输出端连接电磁铁一电极，电磁铁的另一电极连接直流稳压电源；所述开关管为三极管或MOS管；当开关管三极管时，开关管的第一级、第二级和第三极分别对应为基极、发射极和集电极；当第开关管为PMOS管时，开关管的第一级、第二级和第三极分别对应为栅极、源极和漏极；所述运动控制系统还包括与控制器连接的无线通信模块，控制器通过无线通信模块与上位机进行通信。6.一种基于磁流体的两栖软体机器人，其特征在于，包括机器人本体、空腔气囊和运动控制系...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄文恺，肖俊龙，李志强，吴羽，许志鹏，黄伙球，黄声，胡威，
申请(专利权)人：广州大学，
类型：新型
国别省市：广东,44