[发明专利]一种柔性机器人及其设计方法

说明书

本发明公开了一种柔性机器人及其设计方法，所述柔性机器人包括柔性薄膜、浮力躯干、控制单元、电机、动力传递装置和多个固定环，所述浮力躯干作为所述柔性薄膜的骨架，用于支撑所述柔性薄膜，并且其上设置有所述控制单元和所述电机，所述电机与所述控制单元连接，多个所述固定环均布于所述柔性薄膜的外围，所述动力传递装置依次穿设于多个所述固定环设置。本发明提供的柔性机器人，能够解决现有的机器人体积大、控制自由度多的问题。

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种柔性机器人及其设计方法。

背景技术

软体机器人由于其自适应性、重量轻、成本低等优点，成为众多研究学者关注的热点领域。目前，大多数软体机器人的设计灵感来自于自然界中的生物，通过模仿自然界中生物的生理特性和外表特征，制造出更加优越的结构来实现不同的功能，如行走、抓握、跳跃、飞行等。按照结构可将软体机器人划分为蠕虫类和头足类动物，其驱动方式包括物理驱动、流体驱动(气动和液动)、电磁驱动。例如：受到章鱼结构的启发，可以通过绳索调节或者加入SMA(形状记忆合金)线圈，来驱动软机械臂的弯曲、伸长等动作。目前已有相关研究者提供了一种通过气压驱动的橡胶制动器，开发了一种形状类似蝠鲼的软体机器人。Robert K等人制作了由液压驱动的软体机器鱼，以水为传动液的闭路驱动系统来驱动软体，水通过体内通道的循环控制着鱼的尾鳍推进力和偏航运动。对于应用场景的不同，所适用的软体机器人的驱动方式也不尽相同。上述的驱动方式是目前常采用的驱动类型，虽然各有优势，但也存在其适用的机构设计和控制复杂等不足。目前软体机器人还处于初期探索阶段，随着研究的不断深入，未来软体机器人的驱动方式将会朝着体积小、结构简单、控制自由度少的趋势发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种柔性机器人，以解决现有的机器人体积大、控制自由度多的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

本发明提供一种柔性机器人，所述柔性机器人包括柔性薄膜、浮力躯干、控制单元、电机、动力传递装置和多个固定环，所述浮力躯干作为所述柔性薄膜的骨架，用于支撑所述柔性薄膜，并且其上设置有所述控制单元和所述电机，所述电机与所述控制单元连接，多个所述固定环均布于所述柔性薄膜的外围，所述动力传递装置依次穿设于多个所述固定环设置。

可选择地，所述浮力躯干包括安装端和与所述安装端相对的闲置端，所述浮力躯干自所述安装端至所述闲置端逐渐变细，所述安装端用于设置所述电机和所述控制单元。

可选择地，所述柔性薄膜包括第一分膜和第二分膜，所述第一分膜和所述第二分膜关于所述浮力躯干对称设置。

可选择地，所述动力传递装置构造为环形弹性杆。

可选择地，所述柔性机器人还包括防水外壳，所述防水外壳用于包裹所述柔性薄膜、所述浮力躯干、所述控制单元、所述电机、所述动力传递装置和多个所述固定环。

可选择地，所述电机为双出轴电机。

基于上述技术方案，本发明还提供一种基于上述的柔性机器人的设计方法，其特征在于，所述设计方法包括：

S1：设计动力传递装置；

S2：根据所述动力传递装置，设计所述柔性机器人。

可选择地，所述步骤S1包括以下分步骤：

S11：建立环形弹性杆的力学模型，其中，所述力学模型包括驱动端和释放端；

S12：对所述力学模型的驱动端或释放端施加连续扭转载荷，得到扭转结果；

S13：建立所述环形弹性杆的几何模型；

S14：将所述几何模型输入模型分析软件中，得到分析结果；

S15：对比所述扭转结果和所述分析结果，确定所述环形弹性杆为所述动力传递装置。