基于尺蠖的仿生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尺蠖的仿生软体机器人，包括机器人本体；所述机器人本体的两端被配置为足部；所述足部之间形成为所述机器人本体的躯干部；所述机器人本体采用柔性材料制成；所述躯干部被配置为能够弯曲地驱动整体移动的结构，所述足部能够夹持沿所述躯干部移动方向分布的支撑物并辅助移动；所述足部能够相对于所述躯干部倾斜地夹持偏离移动方向分布的支撑物以辅助改变移动方向；本实用新型专利技术的软体机器人采用硅胶框架和多级形状记忆合金弹簧驱动的结构形式，使得机器人具有很好的柔性和控制的灵活性，能实现多种动作形态，具有跨越简单障碍的功能，同时缩小了机器人的体积。

【技术实现步骤摘要】
基于尺蠖的仿生软体机器人
本技术涉及形状记忆合金驱动
，尤其涉及一种基于尺蠖的仿生软体机器人。
技术介绍
随着人们对机器人技术需求的不断提升,传统刚性机器人因其结构复杂、安全性差、适应性差、灵活性差等原因已经难以满足人们的需求,而软体机器人是一种由柔性材料制作的新型机器人，能够适应各种非结构化环境，能够提供更为安全的人机交互。仿生软体机器人的研究灵感来源于生物,这些生物包括蠕虫等爬行生物,章鱼、游鱼等水中生物,蚱蜢、跳蚤等跳跃型生物等,根据仿生对象不同，仿生软体机器人拥有不同的特点和功能。尺蠖属于节肢动物，其身体细长，行动时一屈一伸像个拱桥，具有很强的攀爬能力，对攀爬环境的适应性很强。形状记忆合金制成的SMA驱动器因其功率密度高，结构简单，噪声低等优点，是软体机器人中常用的驱动方式之一。目前仿生尺蠖机器人柔性较差，环境适应性差，或只具备简单的爬行能力。因此如何使仿生尺蠖具有更强的柔性，及多种攀爬能力，是一大关键问题。对比文件1：在中国技术专利申请(CN105697927A)公开了一种基于IPMC的仿生尺蠖管道爬行机构。该装置包括两个嵌位模块和一个伸缩模块，利用智能材料IPMC通电后弯曲的特性作为驱动原理，尺寸小，质量轻，通过调整IPMC足的倾斜角度可以适应不同的管径，自身结构可弯曲，能够通过较大曲率的弯道，可以实现管道内的前进、驻留、后退的运动。对比文件2：在中国技术专利申请(CN109756147A)公开了一种基于液晶弹性聚合物的仿生尺蠖结构，结构顶层为具有一定厚度的硅胶模，下方为通过粘附材料与硅胶模粘结为一体的斜柱状阵列结构以及液晶弹性聚合物。该结构能够在小电压驱动下，实现驱动可控和大变形有机统一。对比文件3：在中国技术专利申请(CN109823429A)公开了一种仿生尺蠖机器人，机器人头部包括超声波测距探头、红外人体感应探头和状态提示等，若干关节相连接形成躯干，每个关节含有一个舵机，针簇足又弹簧、钢针、连杆、舵机构成，钢针结合弹簧后能够抓住不平坦的地面，，机器人的前后足钢针方向相同，当机器人前进或后退时同向钢针使得推力方向一致，避免滑动以降低力的损耗，机器人的仿生针簇足，在履带无法运行环境仍能进入废墟有效地附着面适应地形，有利于提高废墟中的通过率，进行搜查工作。对比文件4：在文献《ReachabilityImprovementofaClimbingRobotBasedonLargeDeformationsInducedbyTri-TubeSoftActuators》中公开了一种水蛭仿生机器人，该机器人由两端的吸盘结构，中间的软管结构组成，通过驱动三根软管不同的伸缩量，来控制机器人的偏转，通过首尾的吸盘结构来进行机器人的位移约束控制。该机器人能够实现在垂直墙壁上的攀爬。本领域技术人员经过仔细研究上述对比文件后，总结出现有技术中的仿生机器人仍然存在以下技术问题：对比文件1公开的一种基于IPMC的仿生尺蠖管道爬行机构，主要由刚性结构组成，柔性较差，且仅适于在规则的、管径适配的管道中爬行，应用场景限制较多。对比文件2公开的液晶弹性聚合物的仿生尺蠖结构仅能在无障碍的平面上爬行，无跨越障碍的能力，爬坡能力较差。对比文件3公开的仿生尺蠖结构为刚性结构，使得其适应性较差。对比文件4《ReachabilityImprovementofaClimbingRobotBasedonLargeDeformationsInducedbyTri-TubeSoftActuators》中的水蛭仿生机器人，体型较大，同时对攀爬附着的表面有较高的平整光洁度要求，不适宜在粗糙的表面，及细小狭长的物体上攀爬。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种柔性高、灵活性好、能够实现多种动作形态、且具有跨越简单障碍能力的基于尺蠖的仿生软体机器人。为了实现上述目的，本技术提供如下技术方案：本技术的基于尺蠖的仿生软体机器人，包括：机器人本体；所述机器人本体的两端被配置为足部；所述足部之间形成为所述机器人本体的躯干部；所述机器人本体采用柔性材料制成；所述躯干部被配置为能够弯曲地驱动整体移动的结构，所述足部能够夹持沿所述躯干部移动方向分布的支撑物并辅助移动；所述足部能够相对于所述躯干部倾斜地夹持偏离移动方向分布的支撑物以辅助改变移动方向；该机器人还包括：驱动机构，所述驱动机构驱动所述机器人本体移动和夹持。进一步的，所述躯干部和足部一体式结构，且所述躯干部的两端向下部分延伸地形成为所述足部；所述驱动机构分为三部分，分别为：集成于所述躯干部的弓背驱动组件，所述弓背驱动组件驱动所述躯干部弯曲以完成移动动作；集成于所述足部的夹持驱动组件，所述夹持驱动组件驱动所述足部开合以完成夹持动作；以及集成于所述足部与躯干部连接处的抬头驱动组件，所述抬头驱动组件驱动所述足部相对于躯干部倾斜。进一步的，所述躯干部上固连有相互间隔的第一连接片，两个所述第一连接片之间安装有所述弓背驱动组件；所述弓背驱动组件为安装于所述第一连接片之间并沿所述躯干部长度方向延伸的躯干弯曲弹簧；所述躯干弯曲弹簧弯曲以带动所述躯干部朝向同一方向弯曲。进一步的，所述躯干部的上部具有多个相互贴靠的长方体阻塞硅胶颗粒凸起；所述躯干部弯曲时，相邻所述长方体阻塞硅胶颗粒凸起相互分离；所述躯干部非弯曲时，相邻所述长方体阻塞硅胶颗粒凸起相互贴靠。进一步的，所述足部的下部具有开口，所述足部的开口处将足部分割为两个夹持体，所述足部的两侧面均间隔固定有两个第二连接片；其中一所述第二连接片固定于固连于所述开口处的侧面，另一所述第二连接片固定于远离所述开口的足部的上部；两个所述第二连接片之间固连有所述夹持驱动组件；所述夹持驱动组件为夹持开口弹簧；所述夹持开口弹簧向上拉伸时，两个所述夹持体相互分离地形成夹持口；所述夹持开口弹簧恢复时，所述夹持口闭合。进一步的，两个所述夹持体的上端形成有夹持槽。进一步的，所述躯干部和足部的连接处间隔固连有两个第三连接片，其中一所述第三连接片固定于靠近所述躯干部一侧，另一所述第三连接片固定于靠近所述足部一侧；两个所述第三连接片之间固定有所述抬头驱动组件；所述抬头驱动组件为抬头驱动弹簧；所述抬头驱动弹簧靠近所述足部一端向上弯曲时，所述抬头驱动弹簧带动所述足部向上弯曲地与所述躯干部成一定角度倾斜；所述抬头驱动弹簧恢复时，所述足部与所述躯干部平行。进一步的，所述足部的下表面具有摩擦结构。在上述技术方案中，本技术提供的基于尺蠖的仿生软体机器人，具有以下有益效果：1、本技术的软体机器人采用硅胶框架和多级形状记忆合金弹簧驱动的结构形式，使得机器人具有很好的柔性和控制的灵活性，能实现多种动作形态，具有跨越简单障碍的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于尺蠖的仿生软体机器人，其特征在于，包括：/n机器人本体；/n所述机器人本体的两端被配置为足部(2)；/n所述足部(2)之间形成为所述机器人本体的躯干部(1)；/n所述机器人本体采用柔性材料制成；/n所述躯干部(1)被配置为能够弯曲地驱动整体移动的结构，所述足部(2)能够夹持沿所述躯干部(1)移动方向分布的支撑物并辅助移动；/n所述足部(2)能够相对于所述躯干部(1)倾斜地夹持偏离移动方向分布的支撑物以辅助改变移动方向；/n该机器人还包括：/n驱动机构，所述驱动机构驱动所述机器人本体移动和夹持。/n

【技术特征摘要】
1.基于尺蠖的仿生软体机器人，其特征在于，包括：
机器人本体；
所述机器人本体的两端被配置为足部(2)；
所述足部(2)之间形成为所述机器人本体的躯干部(1)；
所述机器人本体采用柔性材料制成；
所述躯干部(1)被配置为能够弯曲地驱动整体移动的结构，所述足部(2)能够夹持沿所述躯干部(1)移动方向分布的支撑物并辅助移动；
所述足部(2)能够相对于所述躯干部(1)倾斜地夹持偏离移动方向分布的支撑物以辅助改变移动方向；
该机器人还包括：
驱动机构，所述驱动机构驱动所述机器人本体移动和夹持。


2.根据权利要求1所述的基于尺蠖的仿生软体机器人，其特征在于，所述躯干部(1)和足部(2)一体式结构，且所述躯干部(1)的两端向下部分延伸地形成为所述足部(2)；
所述驱动机构分为三部分，分别为：
集成于所述躯干部(1)的弓背驱动组件，所述弓背驱动组件驱动所述躯干部(1)弯曲以完成移动动作；
集成于所述足部(2)的夹持驱动组件，所述夹持驱动组件驱动所述足部(2)开合以完成夹持动作；以及
集成于所述足部(2)与躯干部(1)连接处的抬头驱动组件，所述抬头驱动组件驱动所述足部(2)相对于躯干部(1)倾斜。


3.根据权利要求2所述的基于尺蠖的仿生软体机器人，其特征在于，所述躯干部(1)上固连有相互间隔的第一连接片(301)，两个所述第一连接片(301)之间安装有所述弓背驱动组件；
所述弓背驱动组件为安装于所述第一连接片(301)之间并沿所述躯干部(1)长度方向延伸的躯干弯曲弹簧(302)；
所述躯干弯曲弹簧(302)弯曲以带动所述躯干部(1)朝向同一方向弯曲。


4.根据权利要求3所述的基于尺蠖的仿生软体机器人，其特征在于，所述躯干部(1)的上部具有多个相互贴靠的长方体阻塞硅胶颗粒凸起(101)；
所述躯干部(1)弯曲时，相邻所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：史震云，王耀宇，张以远，祝志洋，张经直，郑佳，黄皓，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：新型
国别省市：北京;11