一种模块化地面爬行软体机器人制造技术

本发明专利技术公开了一种模块化地面爬行软体机器人，包括：第二气动伸缩单元，被设置为在充气时能弯曲或沿自身轴向延伸；第一气动伸缩单元，分别对称地连接设置在所述第二气动伸缩单元两端；被设置为在充气时仅能沿自身轴向单向延伸，各个所述第一气动伸缩单元的延伸方向相同且同时正交于所述第二气动伸缩单元的轴向。本发明专利技术具有更换方便、组装灵活、功能强大、结构简单、易操作等优点，通过对模块化组件较为简单的选择和串并联组装，就能够组合出多种多样的机器人构型，能在地面上进行直线和曲线运动，从而使机器人能够较好地适应多种多样的工作环境和任务。

A modular ground crawling soft robot

The invention discloses a modular ground crawling soft robot, which comprises: a second pneumatic expansion unit, which is arranged to bend or extend along its own axis when inflated; a first pneumatic expansion unit, which is respectively symmetrically connected and arranged at both ends of the second pneumatic expansion unit; a first pneumatic expansion unit, which is arranged to extend along its own axis only in one direction when inflated, and each of the first pneumatic expansion units The extension direction of the element is the same and orthogonal to the axial direction of the second pneumatic expansion element at the same time. The invention has the advantages of convenient replacement, flexible assembly, powerful function, simple structure, easy operation, etc. through simple selection of modular components and series parallel assembly, a variety of robot configurations can be combined, and linear and curve movements can be carried out on the ground, so that the robot can better adapt to a variety of working environments and tasks.

【技术实现步骤摘要】
一种模块化地面爬行软体机器人
本专利技术属于机器人领域，具体涉及一种模块化地面爬行软体机器人。
技术介绍
随着科学技术的发展，机器人技术发展迅猛，并被广泛地应用于工业生产、太空探索、货物运输、医疗手术、救灾救援和国防军工等领域，实现了较高程度的自动化水平，在一定程度上节约了劳动力成本。但传统的机器人大都由刚性机构通过装配组成，其具有结构复杂、灵活度有限，安全性和人工交互性较差，环境适应能力低等缺点。在一些特殊的应用场景下，例如对于一些易碎品或者较为柔软的对象进行抓取和搬运的动作，或者是需要在一些崎岖的不规则路面或者是狭窄的管道中进行检测工作的，传统的刚性机器人很难实现类似的任务，而软体机器人在这样的工况下就具有独特的优势。相比于刚性机器人，软体机器人具有柔度大，质量轻，结构简单，操作方便，制造成本低和控制方便等优势。为了使机器人具有更丰富的功能，适应更多的应用场景，模块化机器人应运而生。模块化的概念最早在上世纪80年代就被提出，模块化机器人最重要的组成部分就是结构简单、功能各具特色的可更换单元，可以根据不同的任务需求或工作场合来搭配不同的模块，从而赋予机器人不同的功能特点。模块化软体机器人既具有模块化的特点又兼备软体机器人的优势，能够对操作对象进行较好的保护并具有较好的互换性和环境适应能力。本申请提出了一种模块化地面爬行软体机器人，能够实现在各种尺寸的方形管道中进行爬行运动。
技术实现思路
基于上述提到的模块化气动软体机器人的优势，本专利技术旨在提供一种模块化地面爬行软体机器人，能够在进行爬行运动，且实现了不同模块间的快速组合与拼接。本专利技术的目的至少通过如下技术方案之一实现：一种模块化地面爬行软体机器人，包括：第二气动伸缩单元，被设置为在充气时能弯曲或沿自身轴向延伸；第一气动伸缩单元，分别对称地连接设置在所述第二气动伸缩单元两端；被设置为在充气时仅能沿自身轴向单向延伸，各个所述第一气动伸缩单元的延伸方向相同且同时正交于所述第二气动伸缩单元的轴向。进一步地，所述第二气动伸缩单元包括：第二轴向伸缩主体，整体呈柱状，采用柔性材料且内部对称地设有两个封闭气腔；若干刚性的限制环，均匀间隔地沿轴向设在所述第二轴向伸缩主体的外周壁上，用于限制所述第二轴向伸缩主体的径向变形；两连接头，分别设置在所述第二轴向伸缩主体两端，并通过卡槽、螺纹或者插销方式连接所述第一气动伸缩单元。进一步地，所述第二轴向伸缩主体的材料包括硅橡胶材料、气动人工肌肉、形状记忆合金、电介质弹性体和离子聚合物金属复合材料。进一步地，所述的第一气动伸缩单元包括：导引套，被设置为一端密封，另一端开口的空心圆筒状；第一轴向伸缩主体，间隙配合地同轴设置在所述导引套内，采用柔性材料且内部沿轴向设有封闭气腔；若干刚性的限制环，均匀间隔地沿轴向设在所述第一轴向伸缩主体的外周壁上，用于限制所述第一轴向伸缩主体的径向变形；连接座，连接设置于所述导引套的一侧，用于连接所述第二气动伸缩单元。进一步地，所述连接座通过卡槽、螺纹或者插销方式连接所述第二气动伸缩单元。进一步地，所述第一轴向伸缩主体材料包括硅橡胶材料、气动人工肌肉、形状记忆合金、电介质弹性体和离子聚合物金属复合材料。进一步地，所述的第二气动伸缩单元两端分别连接设置有第二连接件，所述第一气动伸缩单元为四个，四个所述第二连接件两两对称地分别连接设置在两所述第二连接件的左右两侧，从而提高机器人运动时的稳定性。进一步地，所述第二连接件通过卡槽、螺纹或者插销方式连接所述第二气动伸缩单元和第一气动伸缩单元。进一步地，所述的第二气动伸缩单元为两个以上，相邻第二气动伸缩单元之间通过第一连接件串接，串联的方式可以提高进行机器人爬行运动时的移动速度。进一步地，所述的第二气动伸缩单元为两个以上且并列分布，所述第二连接件分别连接设置在每个第二气动伸缩单元两端，位于各第二气动伸缩单元相同端的第二连接件连为一体，所述四个第一气动伸缩单元两两对称地分别连接设置在连为一体的第二连接件左右两侧。并联型结构使机器人在进行爬行运动时具有更好的运动精度、运动平稳性和抗干扰能力。相比现有技术，本专利技术的突出效果包括：本专利技术采用模块化的方式进行设计，具有安装简便，更换性强，对不同工作场景的适应能力强等优点。本专利技术采用气动的驱动方式，环保高效，而且操作简单，便于控制。本专利技术设计了构成机器人的基本模块化单元，通过模块化单元的合理搭配，可以装配成各式各样的机器人，拆装方便，可重复性强。本专利技术不仅可通过充气气压的变化来控制驱动单元的伸长量实现直线运动，还可以给与两个封闭气腔不同的充气气压控制驱动单元弯曲实现曲线运动，使机器人具有更好的适应性。附图说明图1为本专利技术实施例一的立体结构示意图。图2为第一气动伸缩单元立体结构示意图。图3为第二气动伸缩单元立体结构示意图。图4为第一轴向伸缩主体剖视示意图。图5为第一轴向伸缩主体未充气状态下的尺寸示意图。图6为第一轴向伸缩主体充气状态下的尺寸示意图图7为第二轴向伸缩主体剖视示意图。图8为第二轴向伸缩主体未充气状态下的尺寸示意图。图9为第二轴向伸缩主体的双气腔同时充气时伸长变形示意图。图10为第二轴向伸缩主单侧气腔充气时弯曲变形示意图。图11为本专利技术实施例二的立体结构示意图。图12为第二连接件立体结构示意图。图13为本专利技术实施例三的立体结构示意图。图14为本专利技术实施例三的第一连接件立体结构示意图。图15为本专利技术实施例四的立体结构示意图。图16为本专利技术机器人一个周期运动原理示意图。图中：1-第一气动伸缩单元；11-导引套；12-第一卡槽；13-第一轴向伸缩主体；2-第二气动伸缩单元；21-第二轴向伸缩主体；22-连接头；23-第一凸边；3-第一连接件；31-第二卡槽；32-第一U形孔；33-第三卡槽；4-第二连接件；41-第二凸边；42-第二U形孔；43-第三U形孔；44-第四卡槽。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步的说明。实施例一如图1所示，一种模块化地面爬行软体机器人，包括：第二气动伸缩单元2，被设置为在充气时能弯曲或沿自身轴向延伸；第一气动伸缩单元1，分别对称地连接设置在所述第二气动伸缩单元2两端；被设置为在充气时仅能沿自身轴向单向延伸，各个所述第一气动伸缩单元1的延伸方向相同且同时正交于所述第二气动伸缩单元2的轴向。如图3所示，所述第二气动伸缩单元2包括：第二轴向伸缩主体21，整体呈柱状，采用柔性材料且内部对称地设有两个封闭气腔，如图7所示；若干刚性的限制环，均匀间隔地沿轴向设在所述第二轴向伸缩主体21的外周壁上，用于限制所述第二轴向伸缩主体21的径向变形；两连接头22，分别设置本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模块化地面爬行软体机器人，其特征在于，包括：/n第二气动伸缩单元(2)，被设置为在充气时能弯曲或沿自身轴向延伸；/n第一气动伸缩单元(1)，分别对称地连接设置在所述第二气动伸缩单元(2)两端；被设置为在充气时仅能沿自身轴向单向延伸，各个所述第一气动伸缩单元(1)的延伸方向相同且同时正交于所述第二气动伸缩单元(2)的轴向。/n

【技术特征摘要】
1.一种模块化地面爬行软体机器人，其特征在于，包括：
第二气动伸缩单元(2)，被设置为在充气时能弯曲或沿自身轴向延伸；
第一气动伸缩单元(1)，分别对称地连接设置在所述第二气动伸缩单元(2)两端；被设置为在充气时仅能沿自身轴向单向延伸，各个所述第一气动伸缩单元(1)的延伸方向相同且同时正交于所述第二气动伸缩单元(2)的轴向。


2.根据权利要求1所述的模块化地面爬行软体机器人，其特征在于，所述第二气动伸缩单元(2)包括：
第二轴向伸缩主体(21)，整体呈柱状，采用柔性材料且内部对称地设有两个封闭气腔；
若干刚性的限制环，均匀间隔地沿轴向设在所述第二轴向伸缩主体(21)的外周壁上，用于限制所述第二轴向伸缩主体(21)的径向变形；
两连接头(22)，分别设置在所述第二轴向伸缩主体(21)两端，并通过卡槽、螺纹或者插销方式连接所述第一气动伸缩单元(1)。


3.根据权利要求2所述的模块化地面爬行软体机器人，其特征在于，所述第二轴向伸缩主体(21)的材料包括硅橡胶材料、气动人工肌肉、形状记忆合金、电介质弹性体和离子聚合物金属复合材料。


4.根据权利要求2所述的模块化地面爬行软体机器人，其特征在于，所述的第一气动伸缩单元(1)包括：
导引套(11)，被设置为一端密封，另一端开口的空心圆筒状；
第一轴向伸缩主体(13)，间隙配合地同轴设置在所述导引套(11)内，采用柔性材料且内部沿轴向设有封闭气腔；
若干刚性的限制环，均匀间隔地沿轴向设在所述第一轴向伸缩主体(12)的外周壁上，用于限制所述第一轴向伸缩主体(11)的径向变形；

【专利技术属性】
技术研发人员：王念峰，陈必成，葛宪东，张宪民，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44