[发明专利]一种全皮肤翻转运动软体机器人

说明书

技术领域

本发明属于机器人技术领域，具体是一种通过全皮肤翻转方式运动的软体机器人。

背景技术

近年来，机器人的驱动和运动方式一直是移动机器人研究的重点之一，目前各种移动方式的机器人层出不穷，如轮式机构、腿式机构(跳跃、双腿，多腿)以及摆动游走机构，如机器鱼、机器蛇或机器尺蠖虫等，这些机器人在一些使用的场合显示出特有的优点，如轮式机器人驱动简单、速度快，腿式机器人具备一定跨越能力，蛇形机器人依靠摆动等也能穿越一些障碍等。

但在一些非结构环境下，受尺寸和作业空间的限制，如在管道检测、人体医疗检查、倒塌狭小空间搜救等，由于应用的场合属于非结构环境，并且会遇到各种障碍，对机器人的移动方式提出更高的要求，如需要能进入狭窄管道进行检查，或是能无损害地进入人体消化道进行检查，或是能进入尺寸比自身更小的地下空间进行搜救或运送饮食等。因此，机器人能够在复杂而无规则的地形中移动变得至关重要，这就要求机器人能够更好适应环境，随着环境的变化改变自身的状态。目前常规的刚性机器人和其驱动方式已不能满足上述的需求。

中国专利申请CN201010129066.2公开了“一种搜救机器人”，其包括基体，中间骨架，电机，PVC管，摄像机和光源模块等。其中，基体为圆环形柱状且头尾两端为半球形的弹性软体结构，多个电机和PVC管均固定在基体的弹性薄膜上，通过电机的转动使相对应的PVC管产生束紧力，该束紧力在弹性薄膜方向上的分力，即为驱动力，在该驱动力作用下，机器人基体的尾端体积缩小，而整个机器人的基体体积不变，从而使得基体前端体积增大，前段的内部皮肤翻转出来，尾端外部皮肤翻转进去，从而使得搜救机器人前进。由于需要通过电机转动来驱使PVC管收缩，从而挤压基体产生驱动力来驱动机器人，所以整个机器人的结构较为复杂。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够在复杂而无规则的环境中移动的且结构简单机器人。

实现本发明目的的技术方案是：一种全皮肤翻转运动软体机器人，具有圆环形柱状弹性软体结构的基体，还具有多个均布在基体上的控制环，控制环包括沿基体的轴向设置的轴向控制环和沿径向设置的径向控制环，其中，轴向控制环和径向控制环都是由多个离子交换聚合金属材料研制的控制单元和弹性带相互间隔串联而形成，轴向控制环和径向控制环的弹性带在交错处相互连接形成十字形结构，控制单元中都封装有能通过无线通讯接受控制信号的控制芯片。

所述的基体由弹性皮肤薄膜和封装在弹性薄膜内的液体组成。

所述的控制单元是由离子交换聚合金属材料制成，尤其是阳离子交换型氟基聚合膜-铂结构的材料，其能以较低的电压激励产生较大的位移变形。

所述对控制单元施加的控制信号是对控制单元的电源的通断、频率以及加载的电压进行控制的脉宽调制信号。

本发明具有积极的效果：本发明的基体是由弹性皮肤薄膜和封装在弹性皮肤薄膜内的液体组成的圆环形柱状体软体结构，采用纵横交错、类似网状的控制环包覆在基体上，通过离子交换聚合金属材料的控制单元产生驱动力，尤其是阳离子交换型氟基聚合膜-铂结构的控制单元，其能以较低的电压激励产生较大的位移变形，代替了电机，可以省掉齿轮、轴承等复杂的结构，同时减轻了重量，更重要的是这种驱动执行系统有弹性、有一定的抵抗破坏的能力，且结构简单、易变形、不受传统机械结构的限制且不易损坏。由于基体的皮肤具有很大弹性，能通过改变基体的长度、端面直径和改变形态等，以在各种复杂的环境中移动。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1为本发明全皮肤翻转运动软体机器人的立体结构示意图。

图2为本发明全皮肤翻转运动软体机器人的轴向结构示意图。

图3为本发明全皮肤翻转运动软体机器人的径向结构示意图。

图4为本图3中的A-A剖视图。

图5为本发明全皮肤翻转运动软体机器人向前运动的示意图。

具体实施方式

离子交换聚合金属材料，英文全称为：Ion-exchange Polymer Metal Composite，即IPMC，是一种人工肌肉材料，由于较低的驱动电压能使其产生较大的位移变形，作为一种新型执行器非常适用于仿生机器人的开发。