[发明专利]一种具有自感知功能的气动软体机器人

说明书

本发明公开了一种具有自感知功能的气动软体机器人，外层机构包括三个运动足与两个轴向执行器，内层机构包括主体、橡胶片、硅胶片及若干金属环，内外层机构固连。运动足作为机器人的支撑，轴向执行器实现机器人前进、转向等动作。轴向执行器内部植入应变片及金属片，应变片的阻值反映机器人的弯曲度。将柔性薄膜压力传感器及硬质薄片植入中间运动足，轴向执行器拉伸时压缩气体向薄膜压力传感器施加压力使其阻值变化，实现机器人长度的测量。本发明通过向轴向执行器植入微型应变片与金属薄片，向运动足植入柔性薄膜压力传感器与硬质薄片，实现软体机器人长度与弯曲度的检测，具有结构简单、灵敏度高、稳定性好的特点，实现了一定的自感知功能。

技术领域

本发明属于软体机器人领域，特别是一种具有自感知功能的气动软体机器人。

背景技术

机器人的应用正朝着与机器人近距离交互领域不断发展，如何使机器人与使用者安全交互成为当前急需解决的问题。提高机器人的灵活性，实现变刚度，减轻质量是目前有效的解决方案。软体机器人具有高度柔顺性、灵活性以及自适应性，使得机器人的交互更加安全高效，在救援、医疗、工业、军事以及生活服务等领域有着广阔的应用前景。

软体机器人在探索非结构化环境时必须感知自身形状；软体机器人的高度柔顺性使其难以实现精准控制，需要实现机器人实施姿态的检测；此外，当软体机器人与操作者交互时需要获取触觉信息，因此自感知是软体机器人必不可少的属性。现有的软体机器人普遍缺少精确稳定的内嵌式传感系统，导致无法获取自身运动信息以及无法精准控制等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有自感知功能的气动软体机器人，无需外部传感器，通过植入式的传感系统获取自身结构信息。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种具有自感知功能的气动软体机器人，包括外层弹性体与内层弹性体机构，所述外层弹性体机构包括三个结构相同的运动足；内层弹性体机构包括内层弹性主体、等间隔布置在内层弹性主体上的刚性体、设置在内层弹性主体两端的通气端；

三个运动足将内层弹性主体等分成两段轴向执行器；

所述内层弹性体机构内设置有四个气腔，对应每个轴向执行器内设置有两个气腔；每个轴向执行器内的两个气腔左右对称；通气端上设有分别与气腔连通的通气口，用于向单侧轴向执行器的两个气腔同时或单独通气，实现气动软体机器人的爬行或转向；

位于中间的运动足内设有柔性薄膜压力传感器，用于检测轴向执行器的拉伸变形；

每个轴向执行器的左右两侧对称的设有应变片，用于检测轴向执行器的弯曲变形。

本发明与现有技术相比，其显著优点是：

(1)本发明将柔性薄膜压力传感器植入机器人内部，机器人体节长度的变化能引起传感器阻值变化，实现机器人体节长度的检测，同时传感器两侧增加硬质薄片以使传感器稳定工作。解决了现有机器人通过外部传感器获取体节信息，机器人运动受限的问题。

(2)本发明将微型应变片植入机器人体内，机器人体节弯曲度的变化能引起应变片阻值的变化，实现机器人体节弯曲度的检测，同时应变片与机器人结构之间增加铜质薄片以增大应变片的变形效果。解决了现有机器人通过外部传感器间接检测执行器弯曲度，误差较大的问题。

附图说明

图1是本发明具有自感知功能的软体机器人总体结构图；

图2是本发明机器人内层结构主视图；

图3是本发明外层机构和植入式传感系统中长度与弯曲度检测结构的局部剖视图；

图4是图3的局部放大图；

图5是图3的A-A剖视图；

图6是图3的B-B剖视图