基于张拉结构的仿蛇软体机器人制造技术

本发明专利技术涉及一种基于张拉结构的仿蛇软体机器人，其包括主体部、牵引驱动组件、环形鳞片和电控系统，主体部中的主躯干由柔性躯干和内嵌于柔性躯干的压缩弹簧组成，且主躯干的两端分别设有第一圆盘和第二圆盘，牵引驱动组件设于主躯干中，且主躯干与牵引驱动组件中的第一牵引绳及第二牵引绳组成张拉结构，具有不同摩擦系数的环形鳞片均布设于主体部上，电控系统设于主体部中。本发明专利技术采用压缩弹簧与柔性躯干作为软体机器人的躯体，并通过减速电机驱动由主躯干与牵引绳组成的张拉结构，带动软体机器人进行往复伸缩运动，同时在主体部外侧设有环形鳞片，通过模拟蛇类各向异性的皮肤，继而实现软体机器人直线前进及方向偏转运动。现软体机器人直线前进及方向偏转运动。现软体机器人直线前进及方向偏转运动。

【技术实现步骤摘要】
基于张拉结构的仿蛇软体机器人


[0001]本专利技术涉及仿生软体机器人领域，特别是涉及一种基于张拉结构的仿蛇软体机器人。

技术介绍

[0002]软体机器人具有极高的柔顺性和极大的可变形性，能够适应各种非结构化环境，承担多种操作任务，特别是在与人交互时更显安全。自然界中的蛇类具有极其灵活的运动方式，受蛇类的启发，研究者们设计出了形态各异的蛇形机器人，但这些蛇形机器人大多由舵机、车轮及刚性关节组成，不仅需要复杂的控制策略，且其自由度和灵活性也相对较低。软体机器人作为传统刚性和超冗余机器人的进一步发展，其本体主要由柔软材料制作而成，更加贴近自然生物的肌肉组织的柔顺性，为进一步模仿生物的环境适应性与灵活性提供了可行之路。相关研究显示，蛇类的运动方式主要有蜿蜒爬行、伸缩运动、直线爬行和侧向盘旋行进，其中直线爬行运动方式主要是依靠蛇类腹部的各向异性鳞片与地面接触作为支撑点，通过躯体的收缩与伸展实现前进，常见于体型较大的蛇类，该运动在蛇类通过狭小空间时往往是必要的。目前现有的仿蛇软体机器人大多采用气体驱动方式，但这种驱动方式需要增加额外的气泵及换气阀，降低了机器人的自主性和独立性。为能够适应各种不同的工作环境，提高机器人的灵活性和独立性，本专利技术受蛇类直线爬行运动方式及腹部各向异性鳞片的启发，设计出了一种基于张拉结构的仿蛇软体机器人。

技术实现思路

[0003]针对以上情况，本专利技术提供了一种基于张拉结构的仿蛇软体机器人，采用压缩弹簧与柔性躯干作为软体机器人的躯体，并通过减速电机驱动由压缩弹簧、柔性躯干及与牵引绳组成的张拉结构，进而带动软体机器人进行往复伸缩运动，同时在主体部上还设有两种不同材料组成的环形鳞片，能够模拟蛇类各向异性的皮肤，同时将包括电池和控制系统在内的电控系统置于软体主体部内部，继而实现软体机器人自主独立的直线前进及方向偏转。
[0004]本专利技术采用的技术方案是，一种基于张拉结构的仿蛇软体机器人，其包括主体部、牵引驱动组件、环形鳞片和电控系统，所述主体部包括主躯干、第一圆盘和第二圆盘，所述主躯干呈空心圆柱体结构状，且所述主躯干由柔性躯干和内嵌于所述柔性躯干内的压缩弹簧组成，所述第一圆盘和第二圆盘均呈圆盘结构状，且所述第一圆盘和第二圆盘分别固定设于所述主躯干的两端；所述牵引驱动组件设于所述主躯干中，且所述牵引驱动组件包括第一减速电机、第一牵引绳、第二减速电机和第二牵引绳，所述第一减速电机固定设于所述第一圆盘面向所述主躯干内部的一侧，且所述第一减速电机的输出轴上设有第一卷筒，所述第一牵引绳的第一端缠绕设于所述第一卷筒上，且所述第一牵引绳的第二端与所述第二圆盘固定相连，所述第二减速电机固定设于所述第二圆盘面向所述主躯干内部的一侧，且所述第二减速电机的输出轴上设有第二卷筒，所述第二牵引绳的第一端缠绕设于所述第二
卷筒上，且所述第二牵引绳的第二端与所述第一圆盘固定相连，所述第二减速电机输出轴轴线与所述第一减速电机输出轴轴线之间夹角为180度，且所述第一牵引绳与第二牵引绳相互平行，所述电控系统设于所述主体部中；所述主躯干与所述第一牵引绳及第二牵引绳组成张拉结构，其中所述第一牵引绳及所述第二牵引绳形成拉式结构，所述主躯干中的具有弹性的柔性躯干和压缩弹簧形成张式结构，所述环形鳞片均布间隔环绕设于所述主体部上，且所述环形鳞片由不同材质的第一环形鳞片和第二环形鳞片粘合组成，所述第一环形鳞片和第二环形鳞片均设有棱台，且所述第一环形鳞片的棱台棱面与接触面的摩擦系数不等于所述第二环形鳞片的棱台棱面与接触面的摩擦系数，当驱动所述张拉结构中的第一减速电机和第二减速电机转动时，所述第一环形鳞片和第二环形鳞片分别与接触面产生不同大小的摩擦力，且对称设置于所述主体部两侧的环形鳞片产生的摩擦力方向相反，所述方向相反、大小不同的摩擦力的合力共同作用带动软体机器人向预先给定的方向运动。
[0005]进一步地，所述电控系统包括电池、控制单元、减速电机驱动模块和无线通讯模块，且所述电池能给所述控制单元、减速电机驱动模块及无线通讯模块供电，且所述控制单元与所述无线通讯模块及减速电机驱动模块之间能相互通讯，当所述无线通讯模块接收外部指令并传输至所述控制单元时，所述控制单元能根据接收到的指令输出不同的信号至所述减速电机驱动模块，所述减速电机驱动模块能根据收到的信号驱动减速电机做出不同的动作。
[0006]优选地，所述第一环形鳞片和第二环形鳞片具有相同的结构尺寸，且所述第一环形鳞片的外环直径等于所述第二环形鳞片的外环直径，所述第一环形鳞片和所述第二环形鳞片的内环直径均与所述主躯干的躯体外径相等。
[0007]进一步地，所述牵引驱动组件设有四种不同工作状态，其分别为：当所述第一减速电机及第二减速电机同步正向转动时，所述第一牵引绳和第二牵引绳能产生同等长度的收缩量，且挤压所述主躯干能产生与所述第一牵引绳和第二牵引绳收缩量同等长度的压缩量；当所述第一减速电机及第二减速电机同步反向转动时，所述第一牵引绳和第二牵引绳能产生同等长度的松弛量，且所述主躯干在具有弹性的柔性躯干和压缩弹簧的共同作用下能由压缩状态逐步恢复至初始长度；当所述第一减速电机、第二减速电机非同步正向转动时，所述第一牵引绳及第二牵引绳产生不同长度的收缩量，且挤压所述主躯干产生一定弧度的偏转弯曲；当所述第一减速电机、第二减速电机非同步反向转动时，所述第一牵引绳及第二牵引绳分别产生与收缩量同等长度的松弛量，且所述主躯干能由压缩状态逐步恢复至初始长度。
[0008]优选地，所述主躯干的外径等于所述第一圆盘的直径，且所述第一圆盘的直径等于所述第二圆盘的直径。
[0009]优选地，为防止软体机器人在运动过程中发生翻滚，所述第一环形鳞片和第二环形鳞片均设有棱台，且在所述主体部上，每个所述第一环形鳞片和第二环形鳞片的棱台的棱边均处于同一棱面，且同一环形鳞片对应的所述第一环形鳞片和第二环形鳞片的棱面在机器人运动过程中依次与接触面重合。
[0010]优选地，所述第一环形鳞片及第二环形鳞片的棱台棱面与接触面的摩擦系数的绝对差值越大，且在同等频率下软体机器人运动距离越长。
[0011]优选地，所述牵引驱动组件中的拉式结构不局限于采用双减速电机及双牵引绳进
行驱动，亦能在所述牵引驱动组件中增加减速电机及牵引绳的个数，驱使软体机器人实现不同的运动方式。
[0012]本专利技术的特点和有益效果是：
[0013]1、本专利技术提供的一种基于张拉结构的仿蛇软体机器人，采用压缩弹簧与柔性躯干作为软体机器人的躯体，并在减速电机的循环正反转下，通过驱动由主躯干与牵引绳组成的张拉结构，软体主体部能实现循环伸长与压缩，同时主体部上还设有两种不同材料组成的环形鳞片，环形鳞片的棱边在软体机器人自身重力和张拉结构产生的牵引力的作用下产生特定方向的变形，而环形鳞片的棱面与接触面的摩擦系数不同，故第一环形鳞片和第二环形鳞片与接触面产生大小不同，方向相反的摩擦力，通过两种摩擦力产生的摩擦合力推动软体机器人运动。
[0014]2、本专利技术提供的一种基于张拉结构的仿蛇软体机器人，受蛇类的各向异性鳞片的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于张拉结构的仿蛇软体机器人，其特征在于，其包括主体部、牵引驱动组件、环形鳞片和电控系统，所述主体部包括主躯干、第一圆盘和第二圆盘，所述主躯干呈空心圆柱体结构状，且所述主躯干由柔性躯干和内嵌于所述柔性躯干内的压缩弹簧组成，所述第一圆盘和第二圆盘均呈圆盘结构状，且所述第一圆盘和第二圆盘分别固定设于所述主躯干的两端；所述牵引驱动组件设于所述主躯干中，且所述牵引驱动组件包括第一减速电机、第一牵引绳、第二减速电机和第二牵引绳，所述第一减速电机固定设于所述第一圆盘面向所述主躯干内部的一侧，且所述第一减速电机的输出轴上设有第一卷筒，所述第一牵引绳的第一端缠绕设于所述第一卷筒上，且所述第一牵引绳的第二端与所述第二圆盘固定相连，所述第二减速电机固定设于所述第二圆盘面向所述主躯干内部的一侧，且所述第二减速电机的输出轴上设有第二卷筒，所述第二牵引绳的第一端缠绕设于所述第二卷筒上，且所述第二牵引绳的第二端与所述第一圆盘固定相连，所述第二减速电机输出轴轴线与所述第一减速电机输出轴轴线之间夹角为180度，且所述第一牵引绳与第二牵引绳相互平行，所述电控系统设于所述主体部中；所述主躯干与所述第一牵引绳及第二牵引绳组成张拉结构，其中所述第一牵引绳及所述第二牵引绳形成拉式结构，所述主躯干中的具有弹性的柔性躯干和压缩弹簧形成张式结构，所述环形鳞片均布间隔环绕设于所述主体部上，且所述环形鳞片由不同材质的第一环形鳞片和第二环形鳞片粘合组成，所述第一环形鳞片和第二环形鳞片均设有棱台，且所述第一环形鳞片的棱台棱面与接触面的摩擦系数不等于所述第二环形鳞片的棱台棱面与接触面的摩擦系数，当驱动所述张拉结构中的第一减速电机和第二减速电机转动时，所述第一环形鳞片和第二环形鳞片分别与接触面产生不同大小的摩擦力，且对称设置于所述主体部两侧的环形鳞片产生的摩擦力方向相反，所述方向相反且大小不同的摩擦力的合力共同作用带动主体部向预先给定的方向运动。2.根据权利要求1所述的基于张拉结构的仿蛇软体机器人，其特征在于，所述电控系统包括电池、控制单元、减速电机驱动模块和无线通讯模块，且所述电池能给所述控制单元、减速电机驱动模块及无线通讯模块供电，且所述控制单元与所述无线通讯模块及减速电机驱动模块之间能相互通讯，当所述无线通讯模块接收外部指令并传输至所述控制单元时，所述控制单元能根据接收到的指令输出不同的信号至所述减...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹忠俊，李明各，王志洁，黄小明，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：