一种串联型的模块化管道爬行软体机器人制造技术

本发明专利技术公开了一种串联型的模块化管道爬行软体机器人，包括：气动伸缩单元，所述气动伸缩单元被设置为在充气时仅能沿轴向延伸；气动膨胀单元，通过连接部连接设置在所述气动伸缩单元两端，所述气动膨胀单元被设置为在充气时仅能沿径向膨胀。本发明专利技术主要应用场合是管道爬行，主要强调的是机器人模块化的特点，具有更换方便、组装灵活、功能强大，结构简单、易操作等优点，可以通过对模块化组件较为简单的选择和串联组装，就能够组合出多种多样的机器人构型，从而使机器人具有不同的功能，能够较好地适应多种多样的工作环境和任务。

A modular pipe crawling soft robot in series

【技术实现步骤摘要】
一种串联型的模块化管道爬行软体机器人
本专利技术属于机器人领域，涉及一种串联型的模块化管道爬行软体机器人。
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。本申请提出了一种串联型的模块化管道爬行软体机器人，能够在各种形状和尺寸的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串联型的模块化管道爬行软体机器人，实现了不同模块间的快速组合与拼接，能够在各种形状和尺寸的管道中进行爬行运动。本专利技术的目的至少通过如下技术方案之一实现：一种串联型的模块化管道爬行软体机器人，包括：气动伸缩单元，所述气动伸缩单元被设置为在充气时仅能沿轴向延伸；气动膨胀单元，通过连接部连接设置在所述气动伸缩单元两端，所述气动膨胀单元被设置为在充气时仅能沿径向膨胀。进一步地，所述的气动膨胀单元包括：径向膨胀主体，整体呈柱状，采用柔性材料且内设有封闭气腔；两限位转接头，分别设置在所述径向膨胀主体两端且通过卡扣连为一体，用于限制径向膨胀主体的轴向变形及连接其他模块。进一步地，所述两限位转接头通过卡扣、槽口、螺纹或者插销方式连接相应模块。进一步地，所述径向膨胀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，所述的气动伸缩单元包括：轴向伸缩主体，整体呈柱状，采用柔性材料且内部沿轴向设有封闭气腔；刚性的限制环，均匀间隔地沿轴向设在所述轴向伸缩主体的外周壁上，用于限制所述轴向伸缩主体的径向变形。两连接转接头，分别设置在所述轴向伸缩主体两端，用于连接相应模块。进一步地，所述两连接转接头通过卡扣、槽口、螺纹或者插销方式连接相应模块。进一步地，所述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，所述连接部通过卡扣、槽口、螺纹或者插销方式连接相应模块。进一步地，所述径向膨胀主体的中心设置有与所述封闭气腔互相隔离的轴向通孔，所述两限位转接头中部分别凸出设置有空心的插接部，两插接部分别从所述轴向通孔两端插入并通过卡扣连为一体。进一步地，所述气动伸缩单元的数量为两个以上，各气动伸缩单元通过连接部依次串联；所述气动膨胀单元通过连接部分别设置在串联后的气动伸缩单元两端。相比现有技术，本专利技术的突出效果包括：机器人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。通过串联组装的方式可以简单地获得不同样式不同功能的机器人。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串联搭配，可以装配成各式各样的机器人，拆装方便，可重复性强。对于不同尺寸的管道，可以通过改变充气气压来控制膨胀单元和伸缩单元的变形量，使机器人具有更好的适应性。附图说明图1本专利技术实施例一的立体结构示意图。图2气动膨胀单元立体结构示意图。图3为连接部立体结构示意图。图4气动伸缩单元立体结构示意图。图5为气动膨胀单元模块剖视示意图。图6为径向膨胀主体膨胀变形原理示意图。图7为轴向伸缩主体剖视示意图。图8为轴向伸缩主体伸缩变形示意图。图9为本专利技术实施例二的立体结构示意图。图10机器人一个周期运动原理示意图。图11为串联型的管道爬行软体机器人在不同管道内爬行示意图，其中，图11(a)展示了机器人在方形管道中爬行的场景；图11(b)表示的机器人在内径为40mm圆管内爬行的场景，图11(c)展示了当管道内径从40mm变为50mm时爬行的场景；图11(d)展示了机器人在圆型软管中爬行的场景；图11(e)展示了机器人在不规则的壁面中爬行的场景。图中：1-气动膨胀单元；2-连接部；3-气动伸缩单元。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。如图1至图4所述，一种串联型的模块化管道爬行软体机器人，包括：气动伸缩单元3，所述气动伸缩单元被设置为在充气时仅能沿轴向延伸；气动膨胀单元1，通过连接部2连接设置在所述气动伸缩单元两端，所述气动膨胀单元被设置为在充气时仅能沿径向膨胀，所述连接部2通过卡扣、槽口、螺纹或者插销方式连接相应模块，可以较为方便、牢固地进行安装，本实施例采用螺纹方式。具体而言，在一个可行的实施例中，所述的气动膨胀单元1包括：径向膨胀主体，整体呈柱状，采用柔性材料且内设有封闭气腔；两限位转接头，分别设置在所述径向膨胀主体两端且通过卡扣连为一体，用于限制径向膨胀主体的轴向变形及连接其他模块。具体地，在本实施例中，所述径向膨胀主体的中心设置有与所述封闭气腔互相隔离的轴向通孔，所述两限位转接头中部分别凸出设置有空心的插接部，两插接部分别从所述轴向通孔两端插入并通过卡扣连为一体，从而限制径向膨胀主体的轴向变形。其中，所述两限位转接头通过卡扣、槽口、螺纹或者插销方式连接相应模块，可以较为方便、牢固地进行安装，本实施例采用螺纹方式。所述径向膨胀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，本实施例采用硅橡胶材料，该材料密封性好，具有较好的弹性，充气后变形效果显著。如附图5和6所示，所述气动膨胀单元1中部有一个封闭气腔，所述气动膨胀单元1两侧有两个起到限位和与其他模块连接作用的限位转接头，这两个限位转接头通过卡扣连接在一起限制了所述径向膨胀主体的轴向变形，因此当对径向膨胀主体的封闭气腔充气时，径向膨胀主体会发生径向膨胀变形，充气变形的示意图如附图6所示，所述径向膨胀主体气腔的几何尺寸分别本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种串联型的模块化管道爬行软体机器人，其特征在于，包括：/n气动伸缩单元，所述气动伸缩单元被设置为在充气时仅能沿轴向延伸；/n气动膨胀单元，通过连接部连接设置在所述气动伸缩单元两端，所述气动膨胀单元被设置为在充气时仅能沿径向膨胀。/n

【技术特征摘要】
1.一种串联型的模块化管道爬行软体机器人，其特征在于，包括：
气动伸缩单元，所述气动伸缩单元被设置为在充气时仅能沿轴向延伸；
气动膨胀单元，通过连接部连接设置在所述气动伸缩单元两端，所述气动膨胀单元被设置为在充气时仅能沿径向膨胀。


2.根据权利要求1所述的串联型的模块化管道爬行软体机器人，其特征在于，所述的气动膨胀单元包括：
径向膨胀主体，整体呈柱状，采用柔性材料且内设有封闭气腔；
两限位转接头，分别设置在所述径向膨胀主体两端且通过卡扣连为一体，用于限制径向膨胀主体的轴向变形及连接其他模块。


3.根据权利要求2所述的串联型的模块化管道爬行软体机器人，其特征在于，所述两限位转接头通过卡扣、槽口、螺纹或者插销方式连接相应模块。


4.根据权利要求2所述的串联型的模块化管道爬行软体机器人，其特征在于，所述径向膨胀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。


5.根据权利要求1所述的串联型的模块化管道爬行软体机器人，其特征在于，所述的气动伸缩单元包括：
轴向伸缩主体，整体呈柱状，采用柔性材料且内部沿轴向设有封闭气腔；
刚性的限制环，均匀间隔地沿轴向设在所述...

【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