[发明专利]一种基于折纸结构的软体爬行机器人

说明书

本发明公开了一种基于折纸结构的软体爬行机器人，包括吸盘粘附装置、支撑装置、伸缩装置和连接装置。支撑装置为一个顺时针扭转伸缩单元或逆时针扭转伸缩单元，两个支撑单元之间连接一个伸缩装置。每个扭转伸缩单元都包括上底面，下底面和侧边平面。在扭转伸缩单元上底面的一条侧边中间设有一个气孔，气嘴插装连接于孔内，气嘴通过硅胶管连接到外部气源。气源对腔体抽真空之后，扭转伸缩单元边旋转边下降，腔体接通大气压之后，扭转伸缩单元边旋转边上升。本发明采用基于低成本熔融沉积建模方法的柔性热塑性材料通过3D打印制造的，构成的机器人运动灵活，不易损坏，能实现前进、后退、转向以及交叉前进等功能，应用前景广泛。

技术领域

本发明涉及软体机器人领域，具体涉及了一种基于折纸结构的软体爬行机器人。

背景技术

在软体机器人发展领域，传统软机器人采用流体作为执行器的驱动方式，主要通过在高度可变形材料制成的腔室内部施加压力来进行驱动，这种驱动方式往往会因为腔体制造材料可承受最大应变的限制而对软体机器人的整体运动产生影响；采用形状记忆聚合物以及形状记忆合金等智能材料驱动的软体机器人，通常采用对智能材料进行加热或者冷却的方式来使机器人完成一定的动作，但是其可控性较差并且存在运动响应速度慢，存在响应迟滞等缺陷。以上两种传统软体机器人的驱动方式对材料要求较高，同时存在机器人运动模式单一，环境适应性差等缺点。近期使用类硅胶材料浇筑成封闭气腔的软气动执行器驱动的爬行机器人，主要通过更换模具制作具有不同运动模式的气动执行器，如调节执行器气腔内部气压值可实现机器人弯曲或转向，但是其存在模具制造过程复杂繁琐，制作成功率低，通用性差以及类硅胶材料的运动响应时间较长的缺点。

针对以上情况发明一种制造方法简单、耗材少、成本低，同时运动响应迅速的新型软气动执行器，以提升软体爬行机器人的性能显得尤为重要。

发明内容

为了解决背景技术中所存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于折纸结构的软体爬行机器人，软气动执行器采用基于熔融沉积建模方法直接3D打印柔性热塑性材料制成，可以降低制作成本，同时其抗拉伸能力突出，即在未驱动时能够承受较大负载，运动恢复迅速，通过设计不同运动方式，可将爬行机器人应用于复杂的作业环境中。

为了达到上述目的，本发明釆用的技术方案如下：

一种基于折纸结构的软体爬行机器人，包括两个支撑装置、一个伸缩装置、两个连接装置以及两个吸盘粘附装置连接构成门框式构架；所述伸缩装置由一个顺时针扭转伸缩单元的上底面和一个逆时针扭转伸缩单元的下底面通过磁铁固定连接组成；支撑装置为一个顺时针扭转伸缩单元或逆时针扭转伸缩单元；两个支撑装置中扭转伸缩单元的下底面分别与吸盘粘附装置的上底面相固连，两个扭转伸缩单元的上底面分别与连接装置的下底面相固连，形成两个支撑单元；两个支撑单元之间连接一个伸缩装置，伸缩装置两端分别与连接装置的侧面通过磁铁相固连。

优选地，每个扭转伸缩单元都包括上底面，下底面以及侧边平面；侧边平面的四个面上有相应的凹槽将表面分为两个相等的三角形区域，通过改变侧边平面凹槽方向可以使扭转伸缩单元实现不同方向的扭转。

优选地，侧边平面与下底面采用一体化打印并与上底面密封固连，使得整个扭转伸缩单元形成一个密封腔体，且使得整个扭转伸缩单元形成一个长方体；在上底面以及下底面中间设有一个凹槽，磁铁安装于内用于连接；在扭转伸缩单元上底面的一条侧边中间设有一个气孔，气嘴插装连接于孔内，气嘴通过硅胶管连接到外部气源，顺时针扭转伸缩单元的侧边平面沿顺时针方向扭转收缩，逆时针扭转收伸缩单元的侧边平面沿逆时针方向扭转收缩；气嘴通过硅胶管连接外部气源，气源对腔体抽真空之后，侧边平面进行正向扭转同时带动上下底面进行收缩，即扭转伸缩单元同时进行扭转和收缩运动。当腔体接通大气压时，侧边平面进行反向扭转同时带动上下底面进行伸展，即扭转伸缩单元同时进行扭转和舒张运动，整个扭转伸缩装单元恢复常态形状。