一种高度集成的全向跳跃软体机器人制造技术

本发明专利技术公开了一种高度集成的全向软体跳跃机器人，其包括：上层模块，绝缘油液，环形弹性框架，下层模块，其中上层与下层模块均包括一组柔性电极和一层封膜，每层柔性电极组包括四块相同的柔性电极，分别印刷于上层封膜上表面与下层封膜下表面；上层封膜与下层封膜的侧边密封连接，形成闭合的圆饼形容纳空间，容纳空间中设有绝缘油液；其中，环形弹性框架密封固定于两层封膜之间。本发明专利技术提供一种仅由单驱动器构成的高度集成的全向软体跳跃机器人，通过四对电极的异步控制完成全向跳跃，其具有极简的身体结构与控制模式，且工作时无需预留转弯空间，能够在狭窄复杂环境中灵活地进行绕障与越障运动。与越障运动。与越障运动。

【技术实现步骤摘要】
一种高度集成的全向跳跃软体机器人


[0001]本专利技术涉及软体机器人领域，特别涉及一种高度集成的全向跳跃软体机器人。

技术介绍

[0002]软体机器人以其柔顺的材料与简单的结构，展示了生物般的灵活性、适应性以及抗撞击能力，并且生物灵活的运动与姿态为软体机器人提供了大量的设计灵感。跳跃作为一种快速且爆发力极强的动作，往往是自然界中许多生物扩大活动范围、克服障碍以及紧急避险的有效手段。软体跳跃机器人结合软体材料的强适应性，能够很好地克服地形复杂的非结构环境。然而，灵活的全向跳跃一直是目前陆地软体跳跃机器人的一项挑战。现有的全向软体机器人主要分为可直接在多个方向进行跳跃的多向软体跳跃机器人与能够通过转向实现全向跳跃的可转向软体跳跃机器人。国内外研究人员利用弹簧、化学驱动器以及气动驱动器设计了多种多向软体机器人，但他们不得不依赖额外的驱动部件或单元来实现，这不仅增加了机器人的尺寸和重量，还使控制策略和结构复杂化。此外，一些结构较为简单的软体跳跃机器人可以利用多个机器人组合实现转向，但这使得它们需要较长的时间与较大的转向空间来完成整个转向过程。总而言之，现有的多向软体跳跃机器人结构复杂，控制模式复杂，且往往具有较大的体积与重量；而可转向软体跳跃机器人需要预留转向空间来完成转向，大多只能活动于较为宽敞的道路，且无法即时完成前进方向的切换，难以适用于狭窄的非结构地形。

技术实现思路

[0003]本专利技术提供一种高度集成的全向跳跃软体机器人，其仅由一个极简的驱动器组成，可对驱动器中四对处于不同方向的电极进行异步控制，完成四个方向的跳跃运动，机器人体积小，且无需转弯空间，能够在狭窄空间灵活跳跃。
[0004]为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0005]一种高度集成的全向跳跃软体机器人，包括：
[0006]上层模块，其包括上层柔性电极组和上层封膜，其中上层柔性电极组又包括上层第一柔性电极块、上层第二柔性电极块、上层第三柔性电极块、上层第四柔性电极块，所述四个柔性电极块间存在间隔且相互绝缘，分别均匀分布于上层封膜上表面的四个侧边；
[0007]下层模块，其包括下层柔性电极组和上层封膜，其中下层柔性电极组又包括下层第一柔性电极块、下层第二柔性电极块、下层第三柔性电极块、下层第四柔性电极块，所述四个柔性电极块间存在间隔且相互绝缘，分别均匀分布于下层封膜下表面的四个侧边，所述上层封膜与下层封膜的侧边密封连接，形成圆饼形闭合容纳空间，所述上下层对应序号柔性电极块在平面位置上外轮廓对齐；
[0008]绝缘油液，设置于所述闭合容纳空间中；
[0009]环形弹性框架，固定于所述上下两层封膜之间，与所述圆饼形闭合容纳空间外轮廓贴合连接。
[0010]进一步地，所述上层第一柔性电极块、所述上层第二柔性电极块、所述上层第三柔性电极块、所述上层第四柔性电极块、所述下层第一柔性电极块、所述下层第二柔性电极块、所述下层第三柔性电极块和所述下层第四柔性电极块均为石墨烯柔性电极。
[0011]进一步地，所述上层封膜、所述下层封膜均为BOPP热封膜。
[0012]进一步地，所述上层封膜下表面为热封层，所述下层封膜上表面为热封层，两层热封层侧边环形区域通过高温密封连接。
[0013]进一步地，所述环形弹性框架为PVC塑料薄片，且所述环形弹性框架在两层热封层之间，通过热塑密封于侧边环形区域中，保证环形弹性框架固定于密封区域中。
[0014]本专利技术在使用时，上层柔性电极组与下层柔性电极组所施加的电压极性相反、大小相等，确定跳跃方向后，通过两个步骤实现定向前进跳跃，此处以向第一柔性电极对方向跳跃为例：首先，先激活上层第一柔性电极块与下层第一柔性电极块，由于静电吸附，机器人下层第一柔性电极块与地面贴紧；然后，激活上层第二柔性电极块、上层第三柔性电极块、上层第四柔性电极块与下层第二柔性电极块、下层第三柔性电极块、下层第四柔性电极块，将液体向第一柔性电极对方向挤压以产生动能，同时闭合容纳空间随液体的流动发生收缩，期间相邻电极间的间隔可引导绝缘油液的流动，使闭合的容纳空间产生平面上两个垂直方向上的收缩，其方向为第一柔性电极对与第三柔性电机对连线方向，和第二柔性电极对与第四柔性电极对连线方向，同时其收缩使环形弹性框架弯曲储存弹性势能，直到环形弹性框架所带来的抬升力大于静电吸附所带来的锁紧力时，环形弹性框架释放弹性势能，机器人向第一柔性电极对方向跳出；通过所述多电极异步控制方法对剩余三个方向的电极进行控制，无需进行转向操作，即可完成平面坐标系中四个方向的全向跳跃。
[0015]本专利技术的有益效果为：本专利技术设计巧妙，通过独特的多电极图案将软体跳跃机器人的全向跳跃功能集成到单一驱动器上，这样可以减小机器人的体积和重量，简化机器人的结构和控制策略，也可以降低机器人在行进过程中所需的路径宽度需求，促进人们对狭窄非规则区域的进一步探索；将静电吸附与环形弹性框架的弯曲相结合，这样可以在跳离地面前蓄积更多的能量，利用环形弹性框架自身弯曲所带来的抬升力自动解除静电吸附的闩锁，不需要手动控制跳出；在相邻电极间设置有间隔以引导闭合的容纳空间收缩时绝缘油液的流动，这样可以产生在第一柔性电极对与第三柔性电极对连线，第二柔性电极对与第四柔性电极对连线两个方向上的双轴定向收缩，消除了传统最小能量结构体软体机器人需要通过对框架进行预弯曲以确定前进方向的限制，这样也实现了软体机器人在多个方向的前进。
附图说明
[0016]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所需要使用的附图作简单地介绍，下面描述中的附图仅以朝第一柔性电极对方向跳跃为实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0017]图1为本专利技术的结构示意图；
[0018]图2为图1的俯视图；
[0019]图3为本专利技术的爆炸结构示意图；
[0020]图4为本专利技术的上层柔性电极组结构示意图；
[0021]图5为本专利技术的下层柔性电极组结构示意图；
[0022]图6为图1的侧视图；
[0023]图7为图2的A
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A剖视图；
[0024]图8为激活第一柔性电极对时的结构示意图；
[0025]图9为激活所有柔性电极组时的结构示意图；
[0026]图10为图9中Ⅰ处局部放大图；
[0027]附图中，各标号所代表的部件列表如下：
[0028]10
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上层模块，20
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下层模块，3
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绝缘油液，4
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环形弹性框架，11
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上层柔性电极组，111
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上层第一柔性电极对，112
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上层第二柔性电极对，113
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上层第三柔性电极对，114
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上层第四柔性电极对，12
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上层封膜，21
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高度集成的全向跳跃软体机器人，其特征在于：包括上层模块(10)、下层模块(20)、绝缘油液(3)以环形弹性框架(4)；所述上层模块(10)包括上层柔性组电极组(11)和上层封膜(12)，上层柔性电极组(11)又包括上层第一柔性电极块(111)、上层第二柔性电极块(112)、上层第三柔性电极块(113)、上层第四柔性电极块(114)，四个上层柔性电极块分别印刷在上层封膜(12)上表面的四侧；所述下层模块(20)包括下层柔性组电极组(21)和下层封膜(22)，下层柔性电极组(21)又包括下层第一柔性电极块(211)、下层第二柔性电极块(212)、下层第三柔性电极块(213)、下层第四柔性电极块(214)，四个下层柔性电极块分别印刷在下层封膜(22)下表面的四侧，上层封膜(12)与下层封膜(22)密封连接，中间形成闭合的容纳空间；所述绝缘油液(3)填充于上层封膜(12)与下层封膜(22)之间闭合的容纳空间中；所述环形弹性框架(4)密封于上层封膜(12)与下层封膜(22)之间，上层柔性电极组(11)、下层柔性电极组(12)与绝缘油液(3)均处...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈锐，朱信宇，刘道会，刘福友，蒲华燕，罗均，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：