一种振动激励下多形态多功能的毯式机器人制造技术

本发明专利技术公开了一种振动激励下多形态多功能的毯式机器人，变刚度基体用于改变形状和刚度；运动结构用于变刚度基体改变形状后与接触面接触产生异性摩擦；变形控制模块用于调节变刚度基体在柔性状态时的形状；刚度控制模块用于调节变刚度基体变形后的刚度，维持变刚度基体变形后的形状；驱动模块用于产生驱动力使驱动运动结构的斜足结构与接触面碰撞；驱动控制模块用于调节驱动力的幅值和频率，使得机器人与接触面发生相对移动，实现机器人在不同形状物体上运动。利用刚度变化之后的高模量特性来确保激振力的有效传递驱动多足结构运动，从而实现良好的地形适应能力。实现良好的地形适应能力。实现良好的地形适应能力。

【技术实现步骤摘要】
一种振动激励下多形态多功能的毯式机器人


[0001]本专利技术属于机器人
，具体涉及一种振动激励下多形态多功能的毯式机器人。

技术介绍

[0002]传统的机器人大多使用刚性材料制作，其主要的加工方式有车铣钻磨刨，主要的连接方式是角连接，螺钉连接，铆连接等，主要的传动方式是齿轮，涡轮，带轮传动等。通过以上加工，连接，传动等方式的组合，传统的机器人已经实现很多的精细化，专业化的功能，除此之外，配合复杂的电路控制传感等模块，传统的机器人也实现了一定的变形功能，从而实现了一定的功能扩展。
[0003]然而，随着机器人的功能逐渐复杂和精细，传统的加工方法在机器人的制作以及运动中的缺陷也逐渐被放大，例如由于传统材料大多采用金属材料等制作，这在一定程度上增加了制作轻质机器人的难度，同时由于刚性材料本身极大的弹性模量以及刚度，其在加工完成后很难变形，这使得传统机器人的功能大都非常单一，而且使得机器人的环境适应性，人机交互性也很差，难以实现复杂的运动模态。虽然采用繁杂的控制和驱动设备传统机器人可以实现一定程度的变形，但这也极大的增加了传统机器人的体积，重量以及能耗，而且所实现的有限的结构变形也大大削弱了机器人多功能性，环境适应性和人机交互性。而柔性材料本身有着较低的刚度，较低的弹性模量，这使得软体机器人加工非常方便，不需要特别复杂的机器设备。同时极佳的柔韧性使的软体机器人本身可以很轻松地变形成为不同的形状以及结构，这使得软体机器人可以自适应的贴合于环境，有着极高的环境适应性和人机交互性。虽然柔性材料制作的柔性机器人在一定程度上弥补了传统机器人的缺陷，实现了很多传统机器人难以实现的功能，但是在真实的环境中，传统软体机器人并不能完全适应各种环境并行使特定的功能，即在不同环境下改变自身形状以适应不同地形，因此，如何实现同一个软体机器人在不同地形中，可任意改变形状，适应当下环境，并行使特定的功能成为亟需解决的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种振动激励下多形态多功能的毯式机器人，通过多个模块的协同作用自动切换为不同形状进而适应不同的场景，构型多变，驱动简单，功能多样。
[0005]本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种振动激励下多形态多功能的毯式机器人，其特征在于，包括：
[0007]变刚度基体，用于改变形状和刚度；
[0008]运动结构，用于变刚度基体改变形状后与接触面接触产生异性摩擦；
[0009]变形控制模块，用于调节变刚度基体在柔性状态时的形状；
[0010]刚度控制模块，用于调节变刚度基体变形后的刚度，维持变刚度基体变形后的形
状；
[0011]驱动模块，用于产生驱动力使驱动运动结构的斜足结构与接触面碰撞；
[0012]驱动控制模块，用于调节驱动力的幅值和频率，使得机器人与接触面发生相对移动，实现机器人在不同形状物体上运动。
[0013]具体的，变刚度基体为片层结构，包括上腔室和下腔室，变形控制模块对上腔室的内部气压进行调节用于改变变刚度基体的弯曲曲率，刚度控制模块对下腔室的内部气压进行调节用于维持变刚度基体变形后的形状。
[0014]进一步的，变刚度基体能够在柔性状态下实现弯曲、折叠、拉伸和扭曲变形。
[0015]具体的，变刚度基体采用气体驱动的变刚度材料制备而成。
[0016]具体的，运动结构沿变刚度基体的下表面轴向间隔设置，包含柔性基底面，柔性基底面上设置有多个斜足结构。
[0017]进一步的，斜足结构与柔性基底面的角度为0
°
～90
°
。
[0018]具体的，变形控制模块设置在变刚度基体上表面的一端，驱动控制模块设置在变刚度基体上表面的另一端，刚度控制模块设置在变刚度基体上表面的中部。
[0019]具体的，变刚度基体和运动结构为一体式结构。
[0020]与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：
[0021]本专利技术一种振动激励下多形态多功能的毯式机器人，各个模块分步控制，有助于本专利技术更易适应复杂地形，利用变刚度基体在低模量时易于变形的特性来贴合于接触面，进而确保机器人与接触面的良好接触，再利用刚度变化之后的高模量特性来确保激振力的有效传递驱动多足结构运动，从而实现良好的地形适应能力。
[0022]进一步的，变刚度基体为片层结构设计，可分为上腔式与下腔室，当变形控制模块打开气泵开关，此时上腔式的凸起部分充气，导致凸起的部分向内凹挤压，整体变刚度基体呈现弯曲，同时可以通过变形模块改变加入气体的量，进而控制变刚度基体的弯曲曲率，并且通过刚度控制模块控制下腔室的气量，故可维持整体变刚度基体的曲率，变形控制模块与刚度控制模块的分开设计，可以很好地实现了基体的弯曲曲率控制，相比于将变形控制模块与刚度控制模块的一体化设计，本专利技术操作更为简单，而且模块化一旦存在问题也便于排除故障与更换。
[0023]进一步的，变刚度基体能够在柔性状态下实现弯曲、折叠、拉伸和扭曲变形，这种柔顺变形的目的在于使得斜足能够在运动的过程中紧贴参照物，为更好地适应各种地形奠定了结构基础。
[0024]进一步的，变刚度基体可采用气体驱动的变刚度材料制备，这避免了需要使用刚性部件(例如电机等)来实现机器人的转动，可以保证机器人在常规状态下保持一定柔性，进而可以实现大的结构变形。
[0025]进一步的，运动结构沿变刚度基体的下表面轴向间隔设置，同时多个斜足结构间隔设置是为了降低腿的分布对机器人整体刚度的影响。机器人的刚度在很大程度上决定了机器人的变形能力，由于腿与基体相连，密集排布的腿在一定程度上会导致机器人整体过大，从而使得机器人难以变形或者极大的增加了变形所需要的力。
[0026]进一步的，斜足结构与柔性基底面的角度倾斜设计，可以保证机器人与接触面之间产生各向异性摩擦，从而产生定向运动的驱动力。此外，机器人运动的速度与斜足结构的
角度也有一定的关系，合适的角度才可以使机器人拥有最快的运动速度。
[0027]进一步的，各个模块均布在变刚度基体上，这是为了尽量保证机器人的驱动力可以均匀传递到各个部分，使得各个斜足受力均匀，保证了机器人各部分运动速度的一致性。从而尽量避免实时调整机器人的运动方向的需要。
[0028]进一步的，变刚度基体与运动结构可以合为一个整体，运动结构作用部分主要是足部，柔性基体主要是为了使得斜足结构紧密贴合于复杂地形，因此当其斜足结构直接分布于变刚度基体时也可以正常行使功能。
[0029]综上所述，本专利技术结构简单，材料成本低，易于制作，可扩展性强，可合理加入无线控制模块，实现该软体机器人的远程控制，而且合理的设计斜足结构可改变运行的速度与负载能力。
[0030]下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
[0031]图1为本专利技术的结构示意图；
[0032]图2为负压调控结构刚度的变刚度基本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种振动激励下多形态多功能的毯式机器人，其特征在于，包括：变刚度基体(1)，用于改变形状和刚度；运动结构(2)，用于变刚度基体(1)改变形状后与接触面接触产生异性摩擦；变形控制模块(3)，用于调节变刚度基体(1)在柔性状态时的形状；刚度控制模块(4)，用于调节变刚度基体(1)变形后的刚度，维持变刚度基体(1)变形后的形状；驱动模块(5)，用于产生驱动力使驱动运动结构(2)的斜足结构与接触面碰撞；驱动控制模块(6)，用于调节驱动力的幅值和频率，使得机器人与接触面发生相对移动，实现机器人在不同形状物体上运动。2.根据权利要求1所述的振动激励下多形态多功能的毯式机器人，其特征在于，变刚度基体(1)为片层结构，包括上腔室(7)和下腔室(8)，变形控制模块(3)对上腔室(7)的内部气压进行调节用于改变变刚度基体(1)的弯曲曲率，刚度控制模块(4)对下腔室(8)的内部气压进行调节用于维持变刚度基体(1)变形后的形状。3.根据权利要求2所述的振动激励下多形态多功能的毯式机器人，其特征在于，变...

【专利技术属性】
技术研发人员：张嘉诚，刘益伦，闫英博，张国强，刘思雨，覃华松，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：