【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于软体机器人，具体涉及一种基于气压驱动的滚动软机器人系统。
技术介绍
1、在现有技术中，刚性滚动机器人存在结构复杂、不易维修、环境适应性差等缺点。随着新技术、新材料在各个方面的应用，软体机器人成为近年来的新兴研究领域，国内外学者对其展开广泛的研究，它能够适应各种复杂环境以及非结构环境，具有更友好的交互性。在一些滚动机器人研究中，并未深入解释滚动机器人的滚动机理，无法实现软机器人多方向的稳定滚动。而且很多滚动机器人采用电能驱动，在复杂工况下工作时，其故障较多。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种基于气压驱动的滚动软机器人系统，该软机器人系统有利于实现连续、稳定、可控的滚动运动，环境适应能力强。
2、为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种基于气压驱动的滚动软机器人系统，包括软机器人和供气控制系统，所述软机器人包括弹性圆环框架，所述弹性圆环框架内壁上等距安装有多个软驱动器，各个软驱动器上分别连接有用于软驱动器加载的气管，各个软驱动器上分别安装有用于检测软驱动器位置的位置传感器；所述供气控制系统与软机器人上的各气管连接，并按设定的加载时间和频率向相应的气管供气，以驱动相应的软驱动器。
3、进一步地，所述软驱动器包括软驱动器外壳、1个气管连接通道、n个气室空腔以及n-1个气室连接通道，所述n个气室空腔依次设置，第一个气室空腔与气管连接通道连通，相邻气室空腔直接通过气室连接通道连接；加载气压由连接气管进入气管连接通道，再进入气室空腔，气
4、进一步地，所述供气控制系统包括气泵、连接气管、气压控制箱和气管连接器，所述气泵通过连接气管连接气压控制箱，以向气压控制箱输出高压空气；所述气压控制箱用于调节输出气压大小，控制向哪根气管供气以及供气的时间和频率；所述气压控制箱连接气管连接器，并经气管连接器与各气管连接。
5、进一步地，所述弹性圆环框架内等距安装有八个软驱动器。
6、进一步地，所述弹性圆环框架在重力作用下发生变形，此时建立坐标系，弹性圆环框架形态的顶端设置为自然坐标的原点s0，弹性圆环框架形态对y轴对称，总长度为建立如下微分方程组：
7、x′(s)＝cosθ(s)
8、y′(s)＝sinθ(s)
9、
10、其中，k是弹性圆环框架的弯曲刚度，m是软驱动器加载的局部弯矩，s表示弹性圆环框架形态的自然坐标弧长，自然坐标起点为s0，x和y是弹性圆环框架形态上任一点的笛卡尔坐标，θ(s)表示弹性圆环框架在s点处切线与x方向的夹角，tx和ty是弹性圆环框架形态的x方向内力和y方向内力，tx是常数，ty＝ρgs是随弧长s变化的内力，ρ＝m/l是软机器人的线密度，m是软机器人的总质量，是弹性圆环框架的总长度；软驱动器重力g1与软机器人重力g2构成软机器人等效重力g；
11、所述微分方程组结合连续性条件：(θ,θ',x,y)沿弹性圆环框架形态连续，以及边界条件：θ(s0)＝0,θ'(s0)＝0,x(s0)＝0，即求解出弹性圆环框架在重力作用下的平衡构型；所述弹性圆环框架未受软驱动加载的静态构型由弯曲刚度k与软机器人等效重力g决定。
12、进一步地，所述滚动软机器人系统按如下方法驱动软机器人在平地上连续滚动：
13、当要软机器人向一设定方向滚动时，供气控制系统向弹性圆环框架与地面接触位置前方的第一软驱动器充气，对其加载一局部弯矩m，该局部弯矩使软机器人整体发生变形，使整体构型向设定方向滚动，此时软驱动器上的位置传感器检测其对应的软驱动器位置，当第一软驱动器前方的第二软驱动器滚动到第一软驱动器的位置时，第二软驱动器上的位置传感器将第二软驱动器的位置信息反馈给供气控制系统，供气控制系统向第二软驱动器充气，使软机器人继续向设定方向滚动，依次进行，从而实现软机器人向设定方向连续滚动；
14、如果要软机器人向所述设定方向的反方向连续滚动时，则通过供气控制系统依次对弹性圆环框架与地面接触位置后方的软驱动器加载，即实现软机器人向设定方向的反方向连续滚动；
15、如果要软机器人停止滚动，则通过供气控制系统依次对弹性圆环框架与地面接触位置的软驱动器加载，同时其它软驱动器停止加载，则软机器人即会停止滚动。
16、进一步地，如果要实现软机器人的爬坡运动，则根据软机器人所要爬斜坡的倾角，通过供气控制系统依次对弹性圆环框架与斜坡接触位置前方的软驱动器加载，即实现软机器人的爬坡运动。
17、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：提供了一种基于气压驱动的滚动软机器人系统，该软机器人系统在弹性圆环框架内布置气压驱动的软驱动器，并通过位置传感器检测各软驱动器位置，实现对各软驱动器的加载控制，进而驱动软机器人滚动。本专利技术可以实现软机器人在各种复杂环境下连续、稳定、可控的双向滚动运动以及爬坡运动，具有较强的环境适应能力。此外，本专利技术中的软机器人结构简单，安装维护方便，当有软驱动器损坏时，可快速拆卸更换。因此，本专利技术具有很强的实用性和广阔的应用前景。
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1.一种基于气压驱动的滚动软机器人系统，其特征在于，包括软机器人和供气控制系统，所述软机器人包括弹性圆环框架，所述弹性圆环框架内壁上等距安装有多个软驱动器，各个软驱动器上分别连接有用于软驱动器加载的气管，各个软驱动器上分别安装有用于检测软驱动器位置的位置传感器；所述供气控制系统与软机器人上的各气管连接，并按设定的加载时间和频率向相应的气管供气，以驱动相应的软驱动器。
2.根据权利要求1所述的一种基于气压驱动的滚动软机器人系统，其特征在于，所述软驱动器包括软驱动器外壳、1个气管连接通道、n个气室空腔以及n-1个气室连接通道，所述n个气室空腔依次设置，第一个气室空腔与气管连接通道连通，相邻气室空腔直接通过气室连接通道连接；加载气压由连接气管进入气管连接通道，再进入气室空腔，气室空腔受压膨胀，并且加载气压经过气室连接通道进入下一个气室空腔，软驱动器的气室空腔依次发生膨胀变形，最终软驱动器产生弯曲变形。
3.根据权利要求1所述的一种基于气压驱动的滚动软机器人系统，其特征在于，所述供气控制系统包括气泵、连接气管、气压控制箱和气管连接器，所述气泵通过连接气管连接气压控
4.根据权利要求1所述的一种基于气压驱动的滚动软机器人系统，其特征在于，所述弹性圆环框架内等距安装有八个软驱动器。
5.根据权利要求1所述的一种基于气压驱动的滚动软机器人系统，其特征在于，所述弹性圆环框架在重力作用下发生变形，此时建立坐标系，弹性圆环框架形态的顶端设置为自然坐标的原点s0，弹性圆环框架形态对y轴对称，总长度为建立如下微分方程组：
6.根据权利要求1所述的一种基于气压驱动的滚动软机器人系统，其特征在于，所述滚动软机器人系统按如下方法驱动软机器人在平地上连续滚动：
7.根据权利要求6所述的一种基于气压驱动的滚动软机器人系统，其特征在于，如果要实现软机器人的爬坡运动，则根据软机器人所要爬斜坡的倾角，通过供气控制系统依次对弹性圆环框架与斜坡接触位置前方的软驱动器加载，即实现软机器人的爬坡运动。
...【技术特征摘要】
1.一种基于气压驱动的滚动软机器人系统，其特征在于，包括软机器人和供气控制系统，所述软机器人包括弹性圆环框架，所述弹性圆环框架内壁上等距安装有多个软驱动器，各个软驱动器上分别连接有用于软驱动器加载的气管，各个软驱动器上分别安装有用于检测软驱动器位置的位置传感器；所述供气控制系统与软机器人上的各气管连接，并按设定的加载时间和频率向相应的气管供气，以驱动相应的软驱动器。
2.根据权利要求1所述的一种基于气压驱动的滚动软机器人系统，其特征在于，所述软驱动器包括软驱动器外壳、1个气管连接通道、n个气室空腔以及n-1个气室连接通道，所述n个气室空腔依次设置，第一个气室空腔与气管连接通道连通，相邻气室空腔直接通过气室连接通道连接；加载气压由连接气管进入气管连接通道，再进入气室空腔，气室空腔受压膨胀，并且加载气压经过气室连接通道进入下一个气室空腔，软驱动器的气室空腔依次发生膨胀变形，最终软驱动器产生弯曲变形。
3.根据权利要求1所述的一种基于气压驱动的滚动软机器人系统，其特征在于，所述供气控制系统包括气泵、连接气管、气压控制箱和气管连接器...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨鹏飞，黄瑞兴，王德文，刘鸿，李学锋，辛诗炜，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：
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