一种仿果蝇幼虫软体机器人及其控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种仿果蝇幼虫软体机器人及其控制系统，机器人包括三个体节，每个体节由三个波纹管状腔室和两个固定端组成，每个腔室均有一根软管。控制系统的主控制器和副控制器之间通过UART进行通信，主控制器通过PWM控制气泵的功率，并协调各个副控制器进行体节的控制，同时与上位机进行通信，接收命令及实时显示当前机器人的状态信息；气压传感器通过SPI与各个副控制器进行通信，采集各个腔室的实时气压值，并反馈至副控制器，由副控制器通过IO控制电源控制板进行电磁阀的通断控制，控制各个腔室的气体输入和输出，并采用PID算法实现对压力的稳定控制，改变腔室内的压力，能使体节实现不同的动作，最终实现机器人的运动。动。动。

【技术实现步骤摘要】
一种仿果蝇幼虫软体机器人及其控制系统


[0001]本专利技术涉及软体机器人领域，尤其是涉及一种仿果蝇幼虫软体机器人及其控制系统。

技术介绍

[0002]随着科技的进步和自动化需求的增加，机器人技术已经广泛应用于工业、军事及医疗等领域，大多数传统的机器人是由硬质材料制成的，具备输出力量大、速度快和精度高等特点。但是随着机器人的应用不断深入，传统机器人的缺陷也随之出现，传统机器人的结构设计复杂，灵活性较差，使其不能穿过狭窄的空间，也不能适应形状复杂的通道，对环境适应能力差，导致其在一些领域应用被限制。
[0003]因为传统机器人的应用限制，软体机器人开始成为研究人员的对象。软体机器人设计灵感大多数源于自然界的软体生物，软体动物能够在自然环境中通过改变自己的身体形状实现高效的运动，研究人员基于软体生物的运动，生理结构等采用软性材料，设计并制作出多种软体机器人，具有重量轻、体积小、柔顺度高、环境适应力强等特点，能够实现爬行，扭转、穿越狭小的空间和实现抓取等操作，在复杂环境中有着广泛的应用前景。
[0004]果蝇幼虫由多个体节组成，具备柔本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种仿果蝇幼虫软体机器人，包括：体节、固定端和导管，其特征在于将所述体节分为三组，单个体节包括三组腔室，每组腔室设有导管，单个体节的三组腔室两端与固定端连接，体节之间通过固定端连接，通过导管传输，改变各组腔室内的压力，使其收缩和伸展，改变体节中三组腔室的压力，当同时向三组腔室输入同等压力时，体节进行伸展，当减少同等压力时，体节进行收缩；当一组腔室压力小于其他两组，或两组腔室的压力小于其他一组时，体节向压力较小的这组腔室方向弯曲。2.根据权利要求1所述的一种仿果蝇幼虫软体机器人，其特征在于所述腔室，是波纹管状腔室。3.根据权利要求1所述的一种仿果蝇幼虫软体机器人，其特征在于所述固定端，用于固定每个体节的三组腔室和作为每个体节之间的连接点，材料硬度大于腔室材料硬度，其上设有与腔室对应的导管孔。4.根据权利要求3所述的一种仿果蝇幼虫软体机器人，其特征在于所述导管是软管，每个体节的每个腔室中均有一根软管。5.根据权利要求1所述一种仿果蝇幼虫软体机器人的控制系统，包括：机器人、增降压装置、控制单元，其特征在于所述机器人的导管与增降压装置连接，控制单元通过增降压装置控制机器人各组腔室的压力。6.根据权利要求5所述的控制系统，其特征在于所述机器人的每组腔室设有压力传感器，控制单元通过压力传感器获取各组腔室的压力反馈值，根据压力数据反馈值与目标值，控制增降压装置进行增、降压控制，使其压力值动态稳定在目标值。7.根据权利要求6所述的控制系统，其特征在于所述控制单元包括：上位机、主控制器，副控制器，主控制器分别与上位机和副控制器连接，用于接收上位机的控制命令，并将副控制器反馈的压力数据发送至上位机，接收副控制器反馈的压力数据，进行压力分析，计算各体节下一步的状态，并下发命令至副控制器；副控制器，与体节对应，根据主控制器的控制命令，通过压力传感器，采集各组腔室的压力数据反馈值，控制增降压装置进行增、降压控制，使各组腔室的压力值动态稳定在目标值，从而控制体节的状态，并将压力数据回传主控制器。8.根据权利要求6所述的控制系统，其特征在于所述增降压装置，包括压力泵、电源控制板、增压电磁阀、降压电磁阀，控制单元对压力泵的功率进行调整，控制单元通过电源控制板，控制增压电磁阀和降压电磁阀的通断，在压力泵的作用下，控制各组腔室的压力。9.根据权利要求8所述的控制系统，其特征在于所述控制单元，控制机器人前进包括如下步骤：S11，初始状态三组体节处于正常状态，每组腔室的压力值都为P，第一组体节、第二组体节、第三组体节与地面的摩擦力分别为f
11
、f
12
、f
13
；第一组体节进行伸长，打开第一组体节每组腔室的增压电磁阀，关闭降压电磁阀，使每组腔室压力达到P
extention
>P，完成伸长过程，由于第二组体节与第三组体节与地面的摩擦力之和f
12
+f
13
大于第一组体节的摩擦力f
11
，即f
12
+f
13
>f
11
，此时第一组体节相对初始位置向前伸长，第一组体节与地面的接触面增大，从而增加摩擦力，第一组体节伸长后的摩擦力为f
11
’
；S12，第二组体节进行收缩，打开第二组体节每组腔室的降压电磁阀，关闭增压电磁阀，
使每组腔室压力达到P
contraction
<P，完成收缩过程，收缩后体节与地面接触面积会减小，摩擦力也减小，由于f
11
’
>f
13
，第二组体节带动第三组体节向第一组体节方向收缩，此时第二组体节与地面的摩擦力为f
12
’
；S13，第三组体节进行收缩，打开第三组体节每组腔室的降压电磁阀，关闭增压电磁阀，使每组腔室压力达到P
contraction
<P，完成收缩过程，由于f
11
’
+ f
12
’
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【专利技术属性】
技术研发人员：陆豪健，高升，龚哲峰，郑能干，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：