一种基于巨电流变液的软壳球形机器人及控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于巨电流变液的软壳球形机器人及控制方法，涉及球形机器人技术领域。该软壳球形机器人通过巨电流变液填充材料输入输出不同分布式带孔小球容器来实现质心变化，从而驱动软壳球形机器人朝各个方位进行运动。连接不同分布式带孔小球容器之间的导管都配备了巨电流变液控制阀，可通过合适的电场控制该巨电流变液控制阀内的巨电流变液材料在类固体与液体之间进行快速转变，从而实现其关闭与打开。该软壳球形机器人的球形表面为一层充满巨电流变液的软层，由独立的电场控制其阻尼变化，在软壳球形机器人通过不平路面或跌落时提供保护。

【技术实现步骤摘要】
一种基于巨电流变液的软壳球形机器人及控制方法
本专利技术涉及球形机器人
，特别是涉及一种基于巨电流变液的软壳球形机器人及控制方法。
技术介绍
球形机器人是一种具有球形外壳，通过滚动来行走的机器人。与传统的足式机器人和轮式机器人相比，具有不存在翻倒、运动灵活、能适应各种恶劣地形的优点。尤其是软壳球形机器人，相比于传统的足式机器人和轮式机器人，对地面的压强更小。但是，在不平整路段或者高处跌落时，也会使球形机器人造成损伤。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于巨电流变液的软壳球形机器人及控制方法，能够实现全方位运动，且在软壳球形机器人通过不平路面或跌落时提供保护。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种基于巨电流变液的软壳球形机器人，包括软球壳体以及嵌套在所述软球壳体内部的硬质内球腔体；所述软球壳体的球形表面覆盖有充满巨电流变液的软层；所述硬质内球腔体的中心为中心多孔式球形容器，在所述中心多孔式球形容器的外表面对称分布着若干相同的分布式带孔小球容器，且每个所述分布式带孔小球容器均通过带有巨电流变液控制阀的导管与所述中心多孔式球形容器连通；所述中心多孔式球形容器的中心为中心液压泵与分布式电场控制系统，且所述中心多孔式球形容器内充有巨电流变液材料；所述巨电流变液控制阀与所述中心液压泵与分布式电场控制系统电连接。可选的，所述中心液压泵与分布式电场控制系统包括分布式电场控制器以及与所述分布式电场控制器电连接的中心液压泵；其中，所述巨电流变液控制阀与所述分布式电场控制器电连接。可选的，所述软壳球形机器人还包括固连块；每个所述分布式带孔小球容器均通过所述固连块与所述硬质内球腔体的内壁固定连接。可选的，所述分布式带孔小球容器的个数为6个，对称分布在所述中心多孔式球形容器的外表面。可选的，所述巨电流变液控制阀为内部为圆柱结构，外部为圆筒结构的同心圆筒形结构；所述圆柱结构和所述圆筒结构的重心在同一位置，且所述圆柱结构和所述圆筒结构之间存在间隙；所述圆筒结构上开设有对称分布的进油口和出油口；其中，所述圆柱结构为中心高电极，所述圆筒结构为接地电极。可选的，所述巨电流变液控制阀的传动介质为巨电流变液；当所述巨电流变液从所述进油口流入且所述中心高电极与所述接地电极之间存在电场时，位于所述中心高电极与所述接地电极之间的巨电流变液由液态向类固态转变；当去除所述中心高电极与所述接地电极之间电场时，位于所述中心高电极与所述接地电极之间的巨电流变液由类固态向液态转变，以实现所述出油口流量的控制。可选的，所述接地电极和所述中心高电极之间设置有隔热网，且所述隔热网位于所述接地电极和所述中心高电极的两端。可选的，在初始平衡状态时，巨电流变液占所述中心多孔式球形容器的2/3，且在竖直方向最靠近地面的所述分布式带孔小球容器有巨电流变液，其余所述分布式带孔小球容器为空腔，以保持所述软壳球形机器人静止不动。可选的，在初始平衡状态时，当所述软层加上合适电场时，所述软壳球形机器人与地面接触部分的软层变硬，以保持所述软壳球形机器人静止不动。一种基于巨电流变液的软壳球形机器人的控制方法，包括：控制软壳球形机器人运动方向的步骤；具体为：首先分布式电场控制器控制中心液压泵产生负压，使竖直方向最靠近地面的分布式带孔小球容器内的巨电流变液吸进中心多孔式球形容器中；然后分布式电场控制器控制巨电流变液控制阀的电场，使除前进方向以外的巨电流变液控制阀都通有合适的电场；接着分布式电场控制器控制中心液压泵加压，使巨电流变液流入前进方向的分布式带孔小球容器内，从而使得整个软壳球形机器人的质心发生改变；当充有巨电流变液的分布式带孔小球容器运动到软壳球形机器人球心的下方时，分布式电场控制器控制各个巨电流变液控制阀的电场，使各个巨电流变液控制阀都通有合适的电场；然后分布式电场控制器控制中心液压泵通过负压方式抽出各个巨电流变液控制阀的巨电流变液，并将巨电流变液吸进中心多孔式球形容器中；接着分布式电场控制器控制改变除前进方向以外的巨电流变液控制阀的电场，使除前进方向以外的巨电流变液控制阀都通有合适的电场；最后分布式电场控制器控制中心液压泵加压，使巨电流变液流入前进方向的分布式带孔小球容器内，重复上述操作，以使软壳球形机器人朝前后左右各个方向滚动；控制软壳球形机器人运动速度的步骤；具体为：当需要控制软壳球形机器人运动速度时，通过调节巨电流变液控制阀的电场，使巨电流变液在流经导管时的黏度实现无级变化，从而控制软壳球形机器人的运动速度；控制软壳球形机器人软层硬度的步骤；具体为：当软壳球形机器人通过不平整的路面或者从高处掉落时，通过外界电场在微秒级的时间内控制改变软层内巨电流变液的阻尼，以控制软壳球形机器人的软层硬度，进而获得良好的减震效果，减轻软壳球形机器人的损伤。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术提供了一种基于巨电流变液的软壳球形机器人及控制方法，该软壳球形机器人通过巨电流变液填充材料输入输出不同空腔来实现质心变化，从而驱动软壳球形机器人朝各个方位进行运动，从而实现全方位运动。本专利技术提供的软壳球形机器人的球形表面为一层充满巨电流变液的软层，由独立的电场控制其阻尼变化，在软壳球形机器人通过不平路面或跌落时提供保护。本专利技术还提供了两种使软壳球形机器人在平地驻扎的方案，避免软壳球形机器人受风力影响而滚动，保证软壳球形机器人在初始平衡状态时静止不动。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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例基于巨电流变液的软壳球形机器人的结构示意图；图2为本专利技术实施例巨电流变液控制阀结构图；图3为本专利技术实施例软壳球形机器人在稳定状态下保持静止的两种方法的原理图；图4为本专利技术实施例软壳球形机器人的运动原理图。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，都属于本专利技术保护的范围。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。巨电流变液有如下特性：(1)在液体和类固体之间快速转换，即在静态或低剪切速率下表观粘度可发生很大变化，具有固体属性的抗剪切能力；(2)这种液体和类固体之间的转换是可逆的；(3)这种液体和类固体之间的转换是可控的，只需对电场信号予以控制；(4)这种表观粘度的改变是随着电场强度的变化而连续变化的；(5)这种变化可以在毫秒之内完成，响应速度极高；(6)控制这种相变的能量极低。这些优异的性能使其成为一种重要的人工智能材料和高效机电一体化中非常有潜力的智能材料。巨电流变液材料在外加合适电场的情况下能在微秒级的时间内实现阻尼的变化，对需要快速调节阻尼实现减震效果的的场合非常适用。而且相比传统的电流变液，它具有良好的抗沉降特性。实施例一如图1所示，本实施例提供的基于巨电流变液的软壳球形机器人包括软本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于巨电流变液的软壳球形机器人，其特征在于，所述软壳球形机器人包括软球壳体以及嵌套在所述软球壳体内部的硬质内球腔体；所述软球壳体的球形表面覆盖有充满巨电流变液的软层；所述硬质内球腔体的中心为中心多孔式球形容器，在所述中心多孔式球形容器的外表面对称分布着若干相同的分布式带孔小球容器，且每个所述分布式带孔小球容器均通过带有巨电流变液控制阀的导管与所述中心多孔式球形容器连通；所述中心多孔式球形容器的中心为中心液压泵与分布式电场控制系统，且所述中心多孔式球形容器内充有巨电流变液材料；所述巨电流变液控制阀与所述中心液压泵与分布式电场控制系统电连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于巨电流变液的软壳球形机器人，其特征在于，所述软壳球形机器人包括软球壳体以及嵌套在所述软球壳体内部的硬质内球腔体；所述软球壳体的球形表面覆盖有充满巨电流变液的软层；所述硬质内球腔体的中心为中心多孔式球形容器，在所述中心多孔式球形容器的外表面对称分布着若干相同的分布式带孔小球容器，且每个所述分布式带孔小球容器均通过带有巨电流变液控制阀的导管与所述中心多孔式球形容器连通；所述中心多孔式球形容器的中心为中心液压泵与分布式电场控制系统，且所述中心多孔式球形容器内充有巨电流变液材料；所述巨电流变液控制阀与所述中心液压泵与分布式电场控制系统电连接。2.根据权利要求1所述的一种基于巨电流变液的软壳球形机器人，其特征在于，所述中心液压泵与分布式电场控制系统包括分布式电场控制器以及与所述分布式电场控制器电连接的中心液压泵；其中，所述巨电流变液控制阀与所述分布式电场控制器电连接。3.根据权利要求1所述的一种基于巨电流变液的软壳球形机器人，其特征在于，所述软壳球形机器人还包括固连块；每个所述分布式带孔小球容器均通过所述固连块与所述硬质内球腔体的内壁固定连接。4.根据权利要求1所述的一种基于巨电流变液的软壳球形机器人，其特征在于，所述分布式带孔小球容器的个数为6个，对称分布在所述中心多孔式球形容器的外表面。5.根据权利要求1所述的一种基于巨电流变液的软壳球形机器人，其特征在于，所述巨电流变液控制阀为内部为圆柱结构，外部为圆筒结构的同心圆筒形结构；所述圆柱结构和所述圆筒结构的重心在同一位置，且所述圆柱结构和所述圆筒结构之间存在间隙；所述圆筒结构上开设有对称分布的进油口和出油口；其中，所述圆柱结构为中心高电极，所述圆筒结构为接地电极。6.根据权利要求5所述的一种基于巨电流变液的软壳球形机器人，其特征在于，所述巨电流变液控制阀的传动介质为巨电流变液；当所述巨电流变液从所述进油口流入且所述中心高电极与所述接地电极之间存在电场时，位于所述中心高电极与所述接地电极之间的巨电流变液由液态向类固态转变；当去除所述中心高电极与所述接地电极之间电场时，位于所述中心高电极与所述接地电极之间的巨电流变液由类固态向液态转变，以实现所述出油口流量的控制。7.根据权利要求5所述的一种基于巨电流变液的软壳球形机器人，其特征在于，所述接地电极和所述中心高电极之间设置有隔热...

【专利技术属性】
技术研发人员：张泉，肖庆，蒲华燕，孙翊，罗均，彭艳，王敏，谢少荣，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海,31