[发明专利]一种基于导电捻曲纤维的仿尺蠖软体机器人及使用方法

说明书

本发明公开了一种基于导电捻曲纤维的仿尺蠖软体机器人及使用方法，属于软体仿生机器人领域。机器人包括躯干；恒定摩擦腿，其形成于躯干一端部，与地面接触面的摩擦系数恒定；可变摩擦腿，其形成于躯干另一端部，与地面接触面的摩擦系数可变；驱动机构，其包括捻曲纤维一和电源，躯干、恒定摩擦腿和可变摩擦腿沿躯干长度方向均在相同位置水平贯穿开设有安装孔一，捻曲纤维一水平置于安装孔一中，电源设于躯干外部，电源与捻曲纤维一的两端接通。本发明利用捻曲纤维通电收缩、断电还原的能力，驱动躯干在弯曲、复原的过程中，来回改变可变摩擦腿与地面摩擦力的大小，从而实现类似于尺蠖的爬行，具有成本低，易于制造，适用性强的优点。

技术领域

本发明属于软体仿生机器人领域，更具体地说，涉及一种基于导电捻曲纤维的仿尺蠖软体机器人及使用方法。

背景技术

当今社会，机器人技术已经深入到大众生活的方方面面，给社会生产生活带来极大的便利，传统的机器人，例如用于车间生产的工业机器人由刚性材料制成，此类机器人具有精度高、可控性强等优点，但是极高的刚性特性阻碍了它在某些特定领域的运用，随着机器人运用场景的扩大，能够适应非结构化环境的机器人成为了科学研究的热点方向。

现有研究者通过模仿自然界的软体动物，研制出了软体机器人，不同于刚性机器人，软体机器人采用富有柔性的软材料以及仿生学设计，具有被动适应性、高度灵活性等优点，人机交互也更加安全，这些优势使得它在医学手术、可穿戴设备及服务机器人等领域具有广泛的应用前景，目前主流的软体机器人驱动技术包括流体驱动器、形状记忆合金驱动器、形状记忆聚合物驱动器、介电弹性体驱动器、离子聚合物金属复合材料驱动器等等。

目前，对于仿尺蠖软体机器人，国内外已经有了一些相关的研究，但现有的仿尺蠖软体机器人通常采用记忆合金等材料，成本造价高，且在特殊环境中对机器人爬行步态无法进行监测，使用有诸多不便。

如，中国专利公开号：CN 110216665 A；公开日：2019年9月19日；公开了一种SMA驱动的仿尺蠖模块化软体机器人，包括弯曲装置、夹持装置和控制器；弯曲装置包括柔性体和第一形状记忆合金弹簧，柔性体内设有沿轴向方向的若干通孔，第一形状记忆合金弹簧设于通孔内，且第一形状记忆合金弹簧的两端分别与弯曲装置的两端固定连接，控制器控制输出的电流大小和工作时间而控制第一形状记忆合金弹簧的伸长或缩短，第一形状记忆合金弹簧驱动柔性体在直线到曲线之间变化。该申请案中，控制器通过惯性测量单元实时控制形状记忆合金弹簧的通电或断开，使形状记忆合金弹簧伸长或缩短，使柔性体发生向上挺近的动作，即可控制攀爬的动作，结构简单，具有较强的环境适用性和灵活性。但该专利使用的驱动器是形状记忆合金，这种材料价格昂贵且滞后性大，使得它们难以控制，在实际的具体应用中难以大规模进行推广，同时，在特殊的狭小环境下，对机器人爬行步态实时监测和反馈控制无法实现。

发明内容

为了解决上述技术问题至少之一，根据本发明的一方面，提供了一种基于导电捻曲纤维的仿尺蠖软体机器人，包括：

躯干，其水平设置；

恒定摩擦腿，其形成于躯干一端部，并向躯干下方延伸，所述恒定摩擦腿与地面接触面的摩擦系数恒定；

可变摩擦腿，其形成于躯干另一端部，并向躯干下方延伸，所述可变摩擦腿与地面接触面的摩擦系数可变；

驱动机构，其包括捻曲纤维一和电源，躯干、恒定摩擦腿和可变摩擦腿沿躯干长度方向均在相同位置水平贯穿开设有安装孔一，捻曲纤维一水平置于安装孔一中，电源设于躯干外部，电源与捻曲纤维一的两端接通。

根据本发明实施例的基于导电捻曲纤维的仿尺蠖软体机器人，可选地，所述躯干下部竖直向下凸起形成有导轨板，导轨板有若干个，相互平行设置，均布于躯干下部，导轨板不与地面接触，安装孔一开设于导轨板所处高度位置处。