一种微型越障机器人制造技术

一种微型越障机器人，包括机器人躯干和位于所述机器人躯干下方的结构层，其中，所述结构层包括腿部和尾部，所述腿部包括至少一条前腿部和至少一条后腿部，所述前腿部、所述后腿部和所述尾部从前至后依次连接所述机器人躯干，连接于所述机器人躯干的所述前腿部和所述后腿部在所述机器人躯干的下方形成封闭类环状曲面。本发明专利技术提出的微型越障机器人能够依靠类环状的曲面腿部实现复杂三维地形的穿越。类环状的曲面腿部实现复杂三维地形的穿越。类环状的曲面腿部实现复杂三维地形的穿越。

【技术实现步骤摘要】
一种微型越障机器人


[0001]本专利技术涉及微型机器人领域，特别是涉及一种微型越障机器人。

技术介绍

[0002]随着精密加工技术在机器人领域的发展，昆虫级别的微型机器人成为研究热点。在微型机器人有限的身体空间内可以集成多种功能模块和精细机械结构，使其既拥有大型机器人的可操控性和灵活性，还拥有小尺寸、隐蔽性好、低成本等优势。微型机器人可以在复杂的三维地形中完成更精细化的任务，大规模投放的机器人群体可以反馈信号形成传感网络系统，具有重要的现实意义及广泛的应用价值。例如，极端环境下的灾区搜救、危险窄缝的环境探测、有隐蔽性要求的信息搜集工作、大面积的地形勘探等。
[0003]刚性骨架的微型机器人具有形状稳定性和运动可控性，但往往在冲击或挤压下发生故障。柔性材料有额外的变形自由度，在较大应力下可以自适应变形来避免损伤，外力消失后可恢复原状。因此柔性微型机器人能表现出固有的地形适应性、运动的容错能力和抵抗意外冲击的鲁棒性，而且制造简单、重量轻盈。微型柔性机器人的复杂地形穿越能力是衡量实用性的重要指标。闭环的运动调控方式需凭借反馈的地形信号指导下一步的运动，这增加了机器人结构和控制系统的复杂性、加大身体重量、产生时间迟滞，且不能很好地适应意料之外的扰动。要实现微型柔性机器人的快速越障能力，需要采取开环的运动调控策略，利用精心设计的身体结构完成被动机械介导，动态地穿越非结构化的地形。
[0004]需要说明的是，在上述
技术介绍
部分公开的信息仅用于对本申请的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现思路

[0005]本专利技术的主要目的在于克服上述
技术介绍
的缺陷，提供一种能快速穿越复杂的三维地形的微型越障机器人。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]一种微型越障机器人，包括机器人躯干和位于所述机器人躯干下方的结构层，其中，所述结构层包括腿部和尾部，所述腿部包括至少一条前腿部和至少一条后腿部，所述前腿部、所述后腿部和所述尾部从前至后依次连接所述机器人躯干，连接于所述机器人躯干的所述前腿部和所述后腿部在所述机器人躯干的下方形成封闭类环状曲面。
[0008]进一步地：
[0009]所述机器人躯干为平板状结构。
[0010]所述至少一条前腿部包括左前腿部和右前腿部，所述至少一条后腿部包括左后腿部和右后腿部。
[0011]还包括设置在所述躯干的上侧的压电薄膜。
[0012]所述腿部在展开状态下为一条带，所述条带上具有前折痕和后折痕，沿所述前折痕和所述后折痕折起后，所述腿部的位于所述前折痕之前的前部分和位于所述后折痕之后
的后部分的上表面分别连接至所述机器人躯干的下表面，所述腿部的位于所述前部分和所述后部分之间的中间部分弯曲成类环状，优选为截面前圆后尖的类水滴形状；优选地，所述前部分和所述后部分为矩形。
[0013]所述前腿部与所述后腿部的形状对称或不对称。
[0014]所述腿部的所述曲面的内侧设置有第一形状控制线和第二形状控制线，所述第一形状控制线设置在所述内侧的前部与所述腿部跟所述机器人躯干相连的前连接部之间，所述第二形状控制线设置在所述内侧的后部与所述前连接部之间；优选地，所述第一形状控制线和所述第二形状控制线为金属线，更优选地，所述金属线为银线。
[0015]所述前连接部设置有前小孔，所述内侧的前部设置有中小孔，所述内侧的后部设置有后小孔，所述第一形状控制线的两头分别通过所述前小孔和所述中小孔固定，所述第二形状控制线的两头分别通过所述前小孔和所述后小孔固定。
[0016]所述尾部包括连接部分和尾端部分，所述连接部分连接在所述机器人躯干上，所述尾端部分从所述连接部分斜向下向后延伸，与所述连接部分形成一钝角夹角；优选地，所述连接部分为矩形。
[0017]所述前腿部、所述后腿部和所述尾部粘接在所述机器人躯干上，优选地，通过粘性层粘接。
[0018]所述机器人躯干和所述结构层为聚合物薄膜材料，优选地，所述聚合物材料为PET、PI、PDMS、TPU和硅橡胶中的一种或任意组合，优选地，所述聚合物薄膜材料的厚度范围为10微米～400微米。
[0019]本专利技术具有如下有益效果：
[0020]在本专利技术实施例中，微型机器人包括机器人躯干和位于所述机器人躯干下方的结构层，所述结构层包括腿部和尾部，所述腿部包括至少一条前腿部和至少一条后腿部，在所述机器人躯干的下方形成封闭类环状曲面。腿部的曲面形状使得机器人在攀爬台阶时有固定的仰角，保证了碰撞过程中阻力不增大、升力不减小。腿部的封闭类环形状与地面接触时没有锋利的边，有助于机器人穿越凹凸不平的地形而不被卡住。所述尾部可以增大机器人的腾空时间和速度。非对称结构的腿部有利于将机器人的共振驱动转化为前进动力。通过形状控制线控制腿部的形状，限制了腿部的变形自由度，形成半刚性的所述腿部的结构。一方面，腿部的刚度增加，有利于维持基本形状，可以减少运动过程中变形过大而累积的过多弹性势能，使能量更多地用来增加重力势能，有利于所述机器人越过更高的障碍物。另一方面，腿部仍然保持一定的柔性，在复杂地形上运动时具有鲁棒性。腿部结构具有半刚性，可维持设定的曲面形状，并且保持鲁棒性。机器人可以通过分布有连续小尺寸障碍物的地形，也可以攀爬接近两倍身高的台阶，还能通过镂空梯子、梅花桩等地形。由此，本专利技术提出的微型柔性机器人能够依靠类环状的曲面腿部实现复杂三维地形的穿越。
附图说明
[0021]图1A为本专利技术实施例的微型越障机器人的爆炸图；
[0022]图1B为本专利技术实施例的微型越障机器人的一个腿部的结构示意图；
[0023]图2为本专利技术实施例的微型越障机器人穿越布满矩形、菱形、圆形障碍物的地形以及攀爬台阶的示意图；
[0024]图3为本专利技术实施例的微型越障机器人穿越复杂地形图；
[0025]图4为本专利技术实施例的微型越障机器人的制作方法流程图；
[0026]图5为本专利技术实施例的拥有类环状曲面腿的微型越障机器人的实物原型图。
具体实施方式
[0027]以下对本专利技术的实施方式做详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本专利技术的范围及其应用。
[0028]需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外，连接既可以是用于固定作用也可以是用于耦合或连通作用。
[0029]需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微型越障机器人，其特征在于，包括机器人躯干和位于所述机器人躯干下方的结构层，其中，所述结构层包括腿部和尾部，所述腿部包括至少一条前腿部和至少一条后腿部，所述前腿部、所述后腿部和所述尾部从前至后依次连接所述机器人躯干，连接于所述机器人躯干的所述前腿部和所述后腿部在所述机器人躯干的下方形成封闭类环状曲面；优选地，所述机器人躯干为平板状结构。2.如权利要求1所述的微型越障机器人，其特征在于，所述至少一条前腿部包括左前腿部和右前腿部，所述至少一条后腿部包括左后腿部和右后腿部。3.如权利要求1或2所述的微型越障机器人，其特征在于，还包括设置在所述躯干的上侧的压电薄膜。4.如权利要求1至3任一项所述的微型越障机器人，其特征在于，所述腿部在展开状态下为一条带，所述条带上具有前折痕和后折痕，沿所述前折痕和所述后折痕折起后，所述腿部的位于所述前折痕之前的前部分和位于所述后折痕之后的后部分的上表面分别连接至所述机器人躯干的下表面，所述腿部的位于所述前部分和所述后部分之间的中间部分弯曲成类环状，优选为截面前圆后尖的类水滴形状；优选地，所述前部分和所述后部分为矩形。5.如权利要求1至4任一项所述的微型越障机器人，其特征在于，所述前腿部与所述后腿部的形状对称或不对称。6.如权利要求1至5任一项所述的微型越障机器人，其特征在于，所述腿部的所述曲面的内...

【专利技术属性】
技术研发人员：张旻，刘盈，苗子聪，王晓浩，
申请(专利权)人：清华大学深圳国际研究生院，
类型：发明
国别省市：