具有织物皮肤与折纸骨骼的仿蠕虫气动式管道软体机器人制造技术

本发明专利技术公开了具有织物皮肤与折纸骨骼的仿蠕虫气动式管道软体机器人，包括主体致动器、前锚定器、后锚定器、进气管、气动管路系统和控制系统，主体致动器为不透气的机织物与硬质纸经层叠与粘结后利用折纸工艺折叠并粘结固定成手风琴风箱状的三维结构并两端密封，前锚定器和后锚定器为不透气的机织物与硬质纸经层叠与粘结后按照克雷斯林图案折叠成三维结构并两端密封，主体致动器、前锚定器和后锚定器通过磁铁吸合相连接，并通过气动管路系统借助通入主体致动器、前锚定器和后锚定器的进气管进行驱动。本发明专利技术的仿蠕虫管道机器人具有轻质和柔软的外表与体质，能够很好地应对外部碰撞，同时具有模块化设计、成本低、灵活性高、易于控制的优点。

【技术实现步骤摘要】
具有织物皮肤与折纸骨骼的仿蠕虫气动式管道软体机器人
本专利技术涉及具有织物皮肤与折纸骨骼的仿蠕虫气动式管道软体机器人，属于机器人

技术介绍
蠕虫是一类具有细长、柔软、圆柱管状身体的无足动物，其通常借助身体的蠕动使自身的长度产生变化，并配合头端的前足和尾端的后足交替的锚定作用来实现其间歇行进运动。虽然它们的运动速度较低，但上述特征赋予了它们在受限与不规则空间中的运动能力。管道系统不仅在工农业生产中不可缺少，同时在人们的日常生活中也不可或缺。为了安全、环保或节约成本等目的，对管道进行定期检修是一项重要的任务。对于直径较小或极端铺设地点的管道而言，人工检测通常是难以实现的。蠕虫的身体特征与简单有效的步态使仿蠕虫机器人在管道检测中可发挥重要的作用。发表于IndustrialRobot:AnInternationalJournal,2013,40(3),261-274的文献《Designandcontrolmethodforahigh-mobilityin-piperobotwithflexiblelinks》报道了一种由一系列刚性构件经连接构成的仿蠕虫管道机器人，这种由刚性构件构成的仿蠕虫管道机器人具有较高的功率与效率，动力性能强，但具有质量大、应对碰撞能力差、管道结构与空间适应性差、人机友好性差等缺点。而自然界的动物通常都具有柔软、弹性的体质，通过对生物系统所具有的功能和作用机理进行模仿而制造出的从事生物特点工作、由软质材料制成的软体机器人轻质、柔软的结构和外表使其能够很好地应对外部碰撞、穿越形状不规则和狭小的空间，并具有安全的人机交互性。针对仿蠕虫机器人在管道勘探与检测、灾后救援、军事侦查等领域巨大的应用前景，亟需设计一种具有柔软和轻质体质、管道结构与空间适应能力强的仿蠕虫管道软体机器人。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是仿蠕虫管道机器人应对外部碰撞能力差、管道结构与空间适应性差的问题。为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是提供了具有织物皮肤与折纸骨骼的仿蠕虫气动式管道软体机器人，其特征在于，包括主体部分、进气管、气动管路系统和控制系统，所述主体部分包括主体致动器、前锚定器和后锚定器，所述主体致动器为不透气的机织物与硬质纸经层叠与粘结后利用折纸工艺折叠成手风琴风箱状的三维结构并用不透气的机织物将其两端开口完全覆盖并粘结密封；所述主体致动器内部形成气腔；所述主体致动器沿轴线方向的相邻两顶点间设有条状机织物制成的限制条带；所述主体致动器在与其轴线相垂直的平面内的投影面的外接圆的半径小于所述管道的内径；所述锚定器包括前锚定器和后锚定器，所述前锚定器和后锚定器的结构相同；所述锚定器为不透气的机织物与硬质纸经层叠与粘结后按照克雷斯林图案折叠成三维结构并用不透气的机织物将其两端开口完全覆盖并粘结密封；所述锚定器内部形成气腔；所述锚定器的各个侧面均粘贴有与所述侧面形状相似的硅胶层，所述硅胶层的外表面设有若干圆柱状凸块；所述锚定器在与其轴线相垂直的平面内的投影面的外接圆的半径与所述管道的内径相适应；所述前锚定器位于主体致动器前方，所述后前锚定器位于主体致动器后方，所述主体致动器的轴线与所述锚定器的轴线共线；所述主体致动器前端面上设有第一磁铁组，所述第一磁铁组由若干磁铁组成，所述第一磁铁组的磁铁均匀分布在远离所述主体致动器轴线的位置；所述主体致动器后端面上设有第二磁铁组，所述第二磁铁组由若干磁铁组成，所述第二磁铁组的磁铁均匀分布在远离所述主体致动器轴线的位置；所述前锚定器的后端面上设有第三磁铁组，所述第三磁铁组由若干磁铁组成，所述第三磁铁组的磁铁数量与所述第一磁铁组的磁铁数量相等，所述第三磁铁组的磁铁与所述第一磁铁组的磁铁的位置一一对应并相互吸合连接；所述后锚定器的前端面上设有第四磁铁组，所述第四磁铁组由若干磁铁组成，所述第四磁铁组的磁铁数量与所述第二磁铁组的磁铁数量相等，所述第四磁铁组的磁铁与所述第二磁铁组的磁铁的位置一一对应并相互吸合连接；所述进气管包括第一进气管、第二进气管和第三进气管，所述第一进气管穿过所述后锚定器的后端面，所述第一进气管的前端位于所述后锚定器的气腔内，所述第一进气管的后端位于所述后锚定器的气腔之外并与所述气动管路系统相连接；所述第二进气管依次穿过所述后锚定器的后端面与前端面及所述主体致动器的后端面，所述第二进气管的前端位于所述主体致动器的气腔内，所述第二进气管的后端位于所述后锚定器的气腔之外并与所述气动管路系统相连接，所述第二进气管位于所述后锚定器的后端面与前端面之间的部分完全位于所述后锚定器的气腔内；所述第三进气管依次穿过所述后锚定器的后端面与前端面、所述主体致动器的后端面与前端面及所述前锚定器的后端面，所述第二进气管的前端位于所述前锚定器的气腔内，所述第三进气管的后端位于所述后锚定器的气腔之外并与所述气动管路系统相连接，所述第三进气管位于所述后锚定器的后端面与前端面之间的部分完全位于所述后锚定器的气腔内，所述第三进气管位于所述主体致动器的后端面与前端面之间的部分完全位于所述主体致动器的气腔内；所述第一进气管与所述后锚定器的后端面之间、所述第二进气管与所述后锚定器的后端面与前端面及所述主体致动器的后端面之间、所述第三进气管与所述后锚定器的后端面与前端面、所述主体致动器的后端面与前端面及所述前锚定器的后端面之间均进行粘接使所述后锚定器、主体致动器和前锚定器的气腔密封；所述第二进气管位于所述后锚定器的后端面与前端面之间的部分的长度不小于所述后锚定器的最大长度，所述第三进气管位于所述后锚定器的后端面与前端面之间的部分的长度不小于所述后锚定器的最大长度，所述第三进气管位于所述主体致动器的后端面与前端面之间的部分的长度不小于所述主体致动器的最大长度。优选地，所述机织物为PVC涂塑尼龙机织物。优选地，所述限制条带的长度小于所述主体致动器沿轴线方向的相邻两顶点间的最大距离。优选地，所述圆柱状凸块在所述硅胶层外表面上的分布形式为，靠近硅胶层外边缘的凸块高度小于靠近硅胶层中心的凸块高度。优选地，所述硅胶层为利用模具浇筑而成。优选地，所述气动管路系统包括空压机、真空泵、若干气压调节阀、若干电磁阀、若干四通管接头和若干气管，所述空压机、真空泵、气压调节阀和电磁阀经四通管接头和气管相连通。优选地，所述电磁阀设有第一通口、第二通口和第三通口，所述电磁阀设有得电和失电两个状态。优选地，所述控制系统包括计算机、直流电源、微控制器、若干继电器，所述直流电源与所述继电器和所述电磁阀相连接，所述计算机利用串口通讯向所述微处理器上传控制程序并下达运行指令，所述微控制器运行控制程序向所述继电器输出控制信号，以控制所述继电器的通断；所述继电器与所述电磁阀的数量相等并一一对应，所述继电器的常开式触点串联进所述电磁阀的通路电路中。优选地，所述控制信号为高电平时，所述继电器的常开式触点闭合，所述直流电源与所述电磁阀形成通路，电磁阀得电，所述第二通口与第三通口相通；当所述控制信号为低电平时，所述继电器的常开式触点保持断开，所述直流电源与所述电磁阀无法形成通路，电磁阀失电，所述第一通口与第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.具有织物皮肤与折纸骨骼的仿蠕虫气动式管道软体机器人，用于管道系统，其特征在于，包括主体部分、进气管、气动管路系统和控制系统，所述主体部分包括主体致动器、前锚定器和后锚定器，所述主体致动器为不透气的机织物与硬质纸经层叠与粘结后利用折纸工艺折叠并粘结固定成手风琴风箱状的三维结构并用不透气的机织物将其两端开口完全覆盖并粘结密封；所述主体致动器内部形成气腔；所述主体致动器沿轴线方向的相邻两顶点间设有条状机织物制成的限制条带；所述主体致动器在与其轴线相垂直的平面内的投影面的外接圆的半径小于所述管道的内径；锚定器包括前锚定器和后锚定器，所述前锚定器和后锚定器的结构相同；所述锚定器为不透气的机织物与硬质纸经层叠与粘结后按照克雷斯林图案折叠成三维结构并用不透气的机织物将其两端开口完全覆盖并粘结密封；所述锚定器内部形成气腔；所述锚定器的各个侧面均粘贴有与所述侧面形状相似的硅胶层，所述硅胶层的外表面设有若干圆柱状凸块；所述锚定器在与其轴线相垂直的平面内的投影面的外接圆的半径与所述管道的内径相适应；所述前锚定器设于主体致动器前方，所述后锚定器设于主体致动器后方，所述主体致动器的轴线与所述锚定器的轴线共线；所述主体致动器前端面上设有第一磁铁组，所述第一磁铁组由若干磁铁组成，所述第一磁铁组的磁铁均匀分布在远离所述主体致动器轴线的位置；所述主体致动器后端面上设有第二磁铁组，所述第二磁铁组由若干磁铁组成，所述第二磁铁组的磁铁均匀分布在远离所述主体致动器轴线的位置；所述前锚定器的后端面上设有第三磁铁组，所述第三磁铁组由若干磁铁组成，所述第三磁铁组的磁铁数量与所述第一磁铁组的磁铁数量相等，所述第三磁铁组的磁铁与所述第一磁铁组的磁铁的位置一一对应并相互吸合连接；所述后锚定器的前端面上设有第四磁铁组，所述第四磁铁组由若干磁铁组成，所述第四磁铁组的磁铁数量与所述第二磁铁组的磁铁数量相等，所述第四磁铁组的磁铁与所述第二磁铁组的磁铁的位置一一对应并相互吸合连接；所述进气管包括第一进气管、第二进气管和第三进气管，所述第一进气管穿过所述后锚定器的后端面，所述第一进气管的前端位于所述后锚定器的气腔内，所述第一进气管的后端位于所述后锚定器的气腔之外并与所述气动管路系统相连接；所述第二进气管依次穿过所述后锚定器的后端面与前端面及所述主体致动器的后端面，所述第二进气管的前端位于所述主体致动器的气腔内，所述第二进气管的后端位于所述后锚定器的气腔之外并与所述气动管路系统相连接，所述第二进气管的处于所述后锚定器的后端面与前端面之间的部分设于所述后锚定器的气腔内；所述第三进气管依次穿过所述后锚定器的后端面与前端面、所述主体致动器的后端面与前端面及所述前锚定器的后端面，所述第三进气管的前端位于所述前锚定器的气腔内，所述第三进气管的后端位于所述后锚定器的气腔之外并与所述气动管路系统相连接，所述第三进气管的处于所述后锚定器的后端面与前端面之间的部分设于所述后锚定器的气腔内，所述第三进气管的处于所述主体致动器的后端面与前端面之间的部分设于所述主体致动器的气腔内；所述第一进气管与所述后锚定器的后端面之间、所述第二进气管与所述后锚定器的后端面与前端面及所述主体致动器的后端面之间、所述第三进气管与所述后锚定器的后端面与前端面、所述主体致动器的后端面与前端面及所述前锚定器的后端面之间均进行粘接使所述后锚定器、主体致动器和前锚定器的气腔密封；所述第二进气管位于所述后锚定器的后端面与前端面之间的部分的长度不小于所述后锚定器的最大长度，所述第三进气管位于所述后锚定器的后端面与前端面之间的部分的长度不小于所述后锚定器的最大长度，所述第三进气管位于所述主体致动器的后端面与前端面之间的部分的长度不小于所述主体致动器的最大长度。/n...

【技术特征摘要】
1.具有织物皮肤与折纸骨骼的仿蠕虫气动式管道软体机器人，用于管道系统，其特征在于，包括主体部分、进气管、气动管路系统和控制系统，所述主体部分包括主体致动器、前锚定器和后锚定器，所述主体致动器为不透气的机织物与硬质纸经层叠与粘结后利用折纸工艺折叠并粘结固定成手风琴风箱状的三维结构并用不透气的机织物将其两端开口完全覆盖并粘结密封；所述主体致动器内部形成气腔；所述主体致动器沿轴线方向的相邻两顶点间设有条状机织物制成的限制条带；所述主体致动器在与其轴线相垂直的平面内的投影面的外接圆的半径小于所述管道的内径；锚定器包括前锚定器和后锚定器，所述前锚定器和后锚定器的结构相同；所述锚定器为不透气的机织物与硬质纸经层叠与粘结后按照克雷斯林图案折叠成三维结构并用不透气的机织物将其两端开口完全覆盖并粘结密封；所述锚定器内部形成气腔；所述锚定器的各个侧面均粘贴有与所述侧面形状相似的硅胶层，所述硅胶层的外表面设有若干圆柱状凸块；所述锚定器在与其轴线相垂直的平面内的投影面的外接圆的半径与所述管道的内径相适应；所述前锚定器设于主体致动器前方，所述后锚定器设于主体致动器后方，所述主体致动器的轴线与所述锚定器的轴线共线；所述主体致动器前端面上设有第一磁铁组，所述第一磁铁组由若干磁铁组成，所述第一磁铁组的磁铁均匀分布在远离所述主体致动器轴线的位置；所述主体致动器后端面上设有第二磁铁组，所述第二磁铁组由若干磁铁组成，所述第二磁铁组的磁铁均匀分布在远离所述主体致动器轴线的位置；所述前锚定器的后端面上设有第三磁铁组，所述第三磁铁组由若干磁铁组成，所述第三磁铁组的磁铁数量与所述第一磁铁组的磁铁数量相等，所述第三磁铁组的磁铁与所述第一磁铁组的磁铁的位置一一对应并相互吸合连接；所述后锚定器的前端面上设有第四磁铁组，所述第四磁铁组由若干磁铁组成，所述第四磁铁组的磁铁数量与所述第二磁铁组的磁铁数量相等，所述第四磁铁组的磁铁与所述第二磁铁组的磁铁的位置一一对应并相互吸合连接；所述进气管包括第一进气管、第二进气管和第三进气管，所述第一进气管穿过所述后锚定器的后端面，所述第一进气管的前端位于所述后锚定器的气腔内，所述第一进气管的后端位于所述后锚定器的气腔之外并与所述气动管路系统相连接；所述第二进气管依次穿过所述后锚定器的后端面与前端面及所述主体致动器的后端面，所述第二进气管的前端位于所述主体致动器的气腔内，所述第二进气管的后端位于所述后锚定器的气腔之外并与所述气动管路系统相连接，所述第二进气管的处于所述后锚定器的后端面与前端面之间的部分设于所述后锚定器的气腔内；所述第三进气管依次穿过所述后锚定器的后端面与前端面、所述主体致动器的后端面与前端面及所述前锚定器的后端面，所述第三进气管的前端位于所述前锚定器的气腔内，所述第三进气管的后端位于所述后锚定器的气腔之外并与所述气动管路系统相连接，所述第三进气管的处于所述后锚定器的后端面与前端面之间的部分设于所述后锚定器的气腔内，所述第三进气管的处于所述主体致动器的后端面与前端面之间的部分设于所述主体致动器的气腔内；所述第一进气管与所述后锚定器的后端面之间、所述第二进气管与所述后锚定器的后端面与前端面及所述主体致动器的后端面之间、所述第三进气管与所述后锚定器的后端面与前端面、所述主体致动器的后端面与前端面及所述前锚定器的后端面之间均进行粘接使所述后锚定器、主体致动器和前锚定器的气腔密封；所述第二进气管位于所述后锚定器的后端面与前端面之间的部分的长度不小于所述后锚定器的最大长度，所述第三进气管位于所述后锚定器的后端面与前端面之间的部分的长度不小于所述后锚定器的最大长度，所述第三进气管位于所述主体致动器的后端面与前端面之间的部分的长度不小于所述主体致动器的最大长度。


2.如权利要求1所述的具有织物皮肤与折纸骨骼的仿蠕虫气动式管道软体机器人，其特征在于，所述机织物为PVC涂塑尼龙机织物。


3.如权利要求1所述的具有织物皮肤与折纸骨骼的仿蠕虫气动式管道软体机器人，其特征在于，所述圆柱状凸块在所述硅胶层外表面上的分布形式为，靠近硅胶层外边缘的凸块高度较小，靠近硅胶层中心的凸块高度较大；所述硅胶层为利用模具浇筑而成。


4.如权利要求1至3任一项所述的具有织物皮肤与折纸骨骼的仿蠕虫气动式管道软体机器人，其特征在于，所述气动管路系统包括空压机、真空泵、若干气压调节阀、若干电磁阀、若干四通管接头和若干气管，所述空压机、真空泵、气压调节阀和电磁阀经四通管接头和气管相连通。


5.如权利要求4所述的具有织物皮肤与折纸骨骼的仿蠕虫气动式管道软体机器人，其特征在于，所述电磁阀设有第一通口、第二通口和第三通口，所述电磁阀设有得电和失电两个状态。


6.如权利要求5所述的具有织物皮肤与折纸骨骼的仿蠕虫气动式管道软体机器人，其特征在于，所述控制系统包括计算机、直流电源、微控制器、若干继电器，所述直流电源与所述继电器和所述电磁阀相连接，所述计算机利用串口通讯向所述微控制器上传控制程序并下达运行指令，所述微控制器运行控制程序向所述继电器输出控制信号，以控制所述继电器的通断；所述继电器与所述电磁阀的数量相等并一一对应，所述继电器的常开式触点串联进所述电磁阀的通路电路中。


7.如权利要求6所述的具有织物皮肤与折纸骨骼的仿蠕虫气动式管道软体机器人，其特征在于，所述控制信号为高电平时，所述继电器的常开式触点闭合，所述直流电源与所述电磁阀形成通路，电磁阀得电，所述第二通口与第三通口相通；当所述控制信号为低电平时，所述继电器的常开式触点保持断开，所述直流电源与所述电磁阀无法形成通路，电磁阀失电，所述第一通口与第二通口相通。


8.如权利要求7所述的具有织物皮肤与折纸骨骼的仿蠕虫气动式管道软体机器人，其特征在于，所述气压调节阀包括第一气压调节阀和第二气压调节阀，所述电磁阀包括第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、第五电磁阀、第六电磁阀、第七电磁阀和第八电磁阀，所述四通管接头包括第一四通管接头和第二四通管接头，所述空压机与所述第一调压阀通过气管相连通，所述第一调压阀通过气管与所述第一电磁阀的第二通口相连通，所述真空泵与所述第二调压阀通过气管相连通，所述第二调压阀通过气管与所述第二电磁阀的第二通口相连通；所述第一电磁阀的第一通口与大气相连通，所述第二电磁阀的第一通口与大气相连通；所述第一电...

【专利技术属性】
技术研发人员：裴泽光，蒋程，熊祥章，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海;31