[发明专利]一种磁控仿尺蠖双向运动软体机器人

说明书

本发明公开了一种磁控仿尺蠖双向运动软体机器人，包括柔性躯干，所述柔性躯干的头部和尾部下方设置有与接触面接触的前腿结构和后腿结构，所述柔性躯干、前腿结构和后腿结构均采用无磁性材料制成，所述柔性躯干的头部和尾部上方分别设置有头部磁驱动柔性薄膜驱动器和尾部磁驱动柔性薄膜驱动器，所述头部磁驱动柔性薄膜驱动器和尾部磁驱动柔性薄膜驱动器的磁性相反，本发明的磁控仿尺蠖双向软体机器人，整体运动过程完全由外加的磁场提供动力，只需要调节磁场方向，就可以让软体机器人完成拱起、收缩、前进、后退的运动动作，动力系统的简洁，为其功能的开发扩充提供了更大的空间。

技术领域

本发明涉及软体机器人的驱动领域、仿生机器人的结构和双向运动领域，尤其是一种磁控仿尺蠖双向运动软体机器人。

背景技术

仿尺蠖软体机器人作为新兴的机器人研究方向，具有很广泛的应用前景。与传统的机器人相比，具有更高的自由度和更强的灵活性，能实现多自由度的形变，在复杂环境中的表现远优于传统机器人。关于仿生尺蠖，国内外由很多研究者做了大量工作，仿尺蠖软体机器人的驱动方式有很多，包括气压驱动，形状记忆合金驱动，化学驱动，热驱动，电驱动，磁驱动等。与其他驱动方式相比，磁驱动属于无线控制，响应速度也更快，是目前的研究热点。例如：上海交通大学机器人设计所设计了一种模仿尺蠖蠕动球型模块化软体机器人，通过球型模块的依次膨胀和收缩，以及摩擦腹足的交替及附和撤离，实现在粗糙表面上的蠕动。这为仿尺蠖机器人的研究提供了新的思路。日本早稻田大学设计了一款依靠化学能驱动的仿尺蠖软体机器人，利用外部棘轮机构给机器人运动确定方向，将凝胶驱动器的弯曲伸展运动转换为机器人的蠕动运动。上海交通大学机械与动力工程学院机器人研究所设计制作了一款仿尺蠖爬行软体机器人，该机器人有两只能够通过静电力与被接触表面吸附的脚掌结构，用以提供爬行时的固定接触，并通过组成躯干的介电弹性体在电信号的驱动下弯曲和伸展形态改变，为爬行提供驱动力。上述仿尺蠖机器人多为结构复杂，需外部连接线路的刚性机器人且大多只能进行单向调控，本设计采用软体机器人的相关技术制作了软体仿生机器人，可进行无线的双向可控运动，将为仿尺蠖机器人提供一个新的思路。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种磁控仿尺蠖双向运动软体机器人，实现了驱动条件简单、控制简单、双向运动的统一。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种磁控仿尺蠖双向运动软体机器人，包括柔性躯干，所述柔性躯干的头部和尾部下方设置有与接触面接触的前腿结构和后腿结构，所述柔性躯干、前腿结构和后腿结构均采用无磁性材料制成，所述柔性躯干的头部和尾部上方分别设置有头部磁驱动柔性薄膜驱动器和尾部磁驱动柔性薄膜驱动器，所述头部磁驱动柔性薄膜驱动器和尾部磁驱动柔性薄膜驱动器的磁性相反。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述柔性躯干采用硅胶薄膜制成。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述前腿结构和后腿结构均采用硬质高分子材料制成。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述头部磁驱动柔性薄膜驱动器和尾部磁驱动柔性薄膜驱动器均采用阵列化填充钕铁硼磁颗粒的硅胶制成。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述前腿结构与后腿结构通过粘附材料与柔性躯干粘接。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述粘附材料采用硅胶粘接剂。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述前腿结构为具有一定弯曲角度的结构且粘接在距离柔性躯干头部下方1/3处，所述后腿结构为直板形且粘接在距离柔性躯干尾部下方1/3处。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述头部磁驱动柔性薄膜驱动器上方极性为N极、下方极性为S极，尾部磁驱动柔性薄膜驱动器上方极性为S极、下方极性为N极，当磁场磁极性为N极、S极互相变化时，通过控制电磁感应强度，软体机器人向前运动；当磁场磁极性为空极性与S极互相变化时，通过控制电磁感应强度，软体机器人向后运动。