[发明专利]一种柔性机器人及其制备方法

说明书

本发明涉及一种柔性机器人，包括柔性基体，所述柔性基体内设有若干交错气腔，所述交错气腔在所述柔性基体内沿中轴线的四周均匀分布，所述交错气腔中部弯曲形成弯曲部I，所述交错气腔的弯曲部I互相不重叠，所述弯曲部I的表面包覆有纤维层；驱动机构，所述驱动机构位于前端并与所述柔性基体密封连接，所述驱动机构为液压驱动机构或气压驱动机构，用于驱动柔性基体的运动；端盖，所述端盖设于所述驱动机构与所述柔性基体之间并分别与所述驱动机构和所述柔性基体密封连接，用于连通所述驱动机构和所述柔性基体；检测机构，所述检测机构设于所述驱动机构上，所述检测机构包括传感器和摄像头，用于检测路况并将信息传输至所述驱动机构。本发明具有结构和控制简单、成本低、易于制造、环境适应性强的有益效果。

技术领域

本发明涉及软体机器人领域，具体涉及一种柔性机器人及其制备方法。

背景技术

传统的蛇形机器人多采用刚性结构，在结构上大多采用模块化设计，各个关节之间的连接方式主要有平行连接、正交连接和万向连接等。采用平行连接方式的蛇形机器人各个关节模块之间转动副的轴线相互平行，机器人可以实现平面二维运动。采用正交连接的蛇形机器人相邻两个关节之间的转动副轴线相互垂直，可以实现三维运动。采用万向连接方式可以使蛇形机器人关节实现任意方向的转动，机器人的运动也更加灵活，但是这几种连接方式的机械结构都相对复杂。

如中国专利CN104002888B公开的一种基于四边形机构的蛇形机器人，由若干个相同的模块首尾依次相连组成，每个模块均由四边形机构、偏转关节舵机、偏转关节舵机舵臂、第三外壳、翻滚关节舵机及翻滚关节舵机舵臂组成；四边形机构由第一外壳、第二外壳、伸缩杆及上、下横杆组成。再如中国专利CN103341855A公开的一种可伸缩蛇形机器人，由8-15个结构完全相同的连接板及连接它们的串联分支组成，相邻两个连接板通过呈三角形分布的结构相同的3个串联分支连接构成并联机构单元模块；每个串联分支中的舵机及舵机架固连，舵机输出轴与驱动杆的一端固连，该驱动杆的另一端通过转动副与从动杆的一端连接，其中第一分支和第二分支的舵机架与连接板固连、第三分支的从动杆的另一端通过万向铰与上述连接板连接，上述第一分支和第二分支的从动杆的另一端通过万向铰与另一个连接板连接、第三分支的舵机架与上述另一个连接板固连；相邻两个模块中第三分支中的舵机输出轴布置方向相反。上述现有技术分别采用平行连接和万向连接的方式，整体存在结构复杂、笨重、人机交互性差和环境适应差等问题，其根本原因就在于仿生性低、结构运动连续性较差，难以准确的模拟生物的运动姿态。

经研究文献发现，目前大量的工作用于研制弯曲致动器的结构和控制，形状记忆合金和电活性聚合物可以直接制作成弯曲结构，同时有关弯曲模块的特性测定实验也大量开展。如哈佛大学，伍斯特理工学院，MIT，新加坡国立大学等研制的基于气体驱动的硅橡胶软体弯曲模块等。而有关扭转软体模块的研究很少，仍然处在原型阶段。但是软体扭转模块相对于弯曲模块具有很多特殊的优势，同样有广泛的应用前景。从软体仿生角度，仔细观察动物的运动方式，如人和动物的肢体、关节等，不仅有弯曲作用，也有扭转的作用；很多软体爬行动物如蛇，蚯蚓等身体也可实现扭曲。从通过狭窄空间角度，扭转运动更容易克服阻力，使软体变形，从而顺利通过狭小的空洞。从运动形式角度，弯曲模块虽然可以通过串联形成超冗余机械臂，但是仍然缺少扭转的自由度，导致运动形式单一，有些空间位置和姿态不易到达。从控制角度，虽然三腔弯曲模块就可以实现全向的运动，但是需要每个腔复杂的配合，给控制增加了很大的难度。

综上，现有技术存在如下问题：

1）传统刚性蛇形机器人，结构复杂、笨重、人机交互性差和环境适应差；

2）现有软体机器人运动形式单一；

3）现有运动形式多样的软体机器人控制复杂。

发明内容

本发明意在提供一种柔性机器人及其制备方法，以解决现有技术中存在的不足，本发明要解决的技术问题通过以下技术方案来实现。