一种气动水陆两栖软体仿生机器人制造技术

一种气动水陆两栖软体仿生机器人，包括软体仿生致动器，还包括躯干结构1，躯干结构1的前后两端均设置软体仿生致动器，躯干结构1前端的软体仿生致动器构成头颈部结构4，躯干结构1后端的软体仿生致动器构成尾部结构3；躯干结构1的两侧还设置有鳍状肢结构2；本发明专利技术结构设计合理、研制成本低、驱动效率高、运动形式丰富，能够在各种复杂的水陆两栖环境中进行高效机动。机动。机动。

【技术实现步骤摘要】
一种气动水陆两栖软体仿生机器人


[0001]本技术涉及软体仿生机器人领域，尤其涉及一种气动水陆两栖软体仿生机器人。

技术介绍

[0002]近些年，机器人应用领域不断拓展，已经从传统的生产制造领域拓展到了军事、医疗、勘测等作业环境相对复杂多变的领域。由大量刚性零部件组装而成的传统刚性机器人，由于存在结构复杂、安全系数低、非结构化环境适应性差、噪声大以及零部件易磨损等缺陷和不足，已经难以满足实际要求。随着仿生机器人技术、材料技术、快速成型技术以及智能控制的迅速发展，以自然界生物为原型，具有人机交互安全性高、非结构化环境适应性强、驱动效率高、维护成本低等优点的软体仿生机器人成为机器人领域的研究热点。软体仿生机器人主要由柔软弹性材料或可延展性材料构成，可以在有限的空间内进行连续变形，能够在大幅度弯曲或者高曲率扭曲中获得大量的能量，具有较高的自由度，通过模仿自然界生物的结构特征和运动机理，不仅可以实现爬行、跳跃、游动、抓取等多种运动形式，而且可以根据实际需要任意地改变自身的形状和尺寸，能够满足复杂环境中的作业需求。
[0003]软体仿生机器人作为一项涉及多学科交叉的研究对象，不仅能够在功能上模仿生物体，而且在材料和结构上也能够更加贴近生物体。因此，软体仿生机器人的研究能够有助于揭示自然界生物在材料、力学、形态学、运动学等方面的科学问题，并且类生物材料和结构上的仿生可以使软体仿生机器人像生物体一样灵活运动和自我决策，有助于衍生新的仿生机器人算法，使软体仿生机器人更加具有智能化，用于完成传统刚性机器人无法实现的任务，具有较大的应用前景。尤其气动软体仿生机器人还具有驱动方式简单、可控性高以及更加能够充分吸取自然界生物驱动机理的特点而被广泛研究和应用。
[0004]但是，如何应用软体仿生机器人解决传统刚性机器人所难以克服的问题，还少有报道。

技术实现思路

[0005]技术目的：
[0006]本技术提供一种气动水陆两栖软体仿生机器人，本技术主要解决传统刚性机器人结构复杂、非结构化环境适应性差、交互安全性差、驱动效率低、运动形式单一、位姿变换笨拙、生产以及维护成本高等技术问题。
[0007]技术方案：
[0008]一种气动水陆两栖软体仿生机器人，包括软体仿生致动器，还包括躯干结构 1，躯干结构1的前后两端均设置软体仿生致动器，躯干结构1前端的软体仿生致动器构成头颈部结构4，躯干结构1后端的软体仿生致动器构成尾部结构3；`
[0009]躯干结构1的两侧还设置有鳍状肢结构2；
[0010]构成头颈部结构4和尾部结构3的软体仿生致动器包括气动网络装置和不可伸缩
柱结构333；所述气动网络装置的底端面与不可伸缩柱333侧表面相连接；
[0011]气动网络装置由多个囊腔结构111组成，多个囊腔结构沿不可伸缩柱结构 333的长度方向依次布置，相邻的囊腔结构的内部之间相互连通；
[0012]所述躯干结构1的内部为用于通入液体或气体的空腔，以便使机器人在水中能够进行下潜和上浮；
[0013]所述鳍状肢结构2连接在躯干结构1两侧，鳍状肢结构2包括翼鳍2
‑
1和主肢2
‑
2；所述翼鳍为仿海狮的鳍状肢结构，翼鳍内部嵌入有可变刚度薄片210，翼鳍设置有气动网络装置211，翼鳍后端部连接主肢2
‑
2；
[0014]所述主肢2
‑
2包括旋转驱动220和多个主肢气动网络装置；所述旋转驱动包括驱动主体225、驱动旋线226和鳍状肢压簧结构212；所述驱动主体为圆柱状软体结构，在驱动主体轴线四周设有多个等角度布置的与轴线平行的截面贯穿孔 225
‑
1，且在驱动主体的一端设有与截面贯穿孔225
‑
1连通的内凹B1(内凹B1 所在的一端使用时与躯干结构1连接，内凹B1与躯干主体1
‑
1内的通气管道连通，从图5能够清晰的看出)，所述鳍状肢压簧结构212嵌入在驱动主体内部，且鳍状肢压簧结构212的前端嵌入翼鳍2
‑
1内，所述驱动旋线以一定的螺旋角度螺旋缠绕在驱动主体上。
[0015]躯干主体1
‑
1的两侧安装鳍状肢结构2的位置设置有用于安装鳍状肢结构的置放槽110。
[0016]躯干结构1包括躯干主体1
‑
1和躯干密封盖1
‑
2，躯干主体1
‑
1为内部空腔且上端(即如图3所示的上端)开口的结构，躯干密封盖1
‑
2密封在躯干主体1
‑
1 的开口处。
[0017]所述旋转驱动还包括驱动端盖一227和驱动端盖二228，驱动端盖一227和驱动端盖二228分别密封于驱动主体两端；其中，驱动端盖一227置于旋转驱动与翼鳍2
‑
1连接的一侧，驱动端盖二228置于旋转驱动与躯干结构1连接的一侧。
[0018]所述可变刚度薄片210上需要在其指定变刚度的位置缠绕加热丝，加热丝连接至外部的加热源，当加热温度达到60℃以上便可实现变刚度。
[0019]驱动旋线以一定的螺旋角度螺旋δ缠绕在驱动主体上，螺旋角度δ为大于 30
°
小于180
°
。
[0020]主肢2
‑
2的气动网络装置由多个扇形囊腔结构2
‑2‑
1构成(如图7即能看出扇形囊腔结构2
‑2‑
1的截面就是扇形，其中只标注了一个2
‑2‑
1，而221、222、 223和224中的2
‑2‑
1都是一样的，为了不至于混乱，则未一一标出)，多个扇形囊腔结构2
‑2‑
1之间连通，主肢气动网络装置的一个端面设置有与扇形囊腔结构 2
‑2‑
1内部连通的孔M(如图5所示，这个孔M与躯干主体1
‑
1内的通气管道连接)，主肢气动网络装置为四个(如图7所示)，四个主肢气动网络装置设置在驱动主体225外侧壁，四个主肢气动网络装置之间的夹角θ相同，四个主肢气动网络装置分别为第一气动网络装置221、第二气动网络装置222、第三气动网络装置223和第四气动网络装置224。
[0021]构成头颈部结构4和尾部结构3的软体仿生致动器中的气动网络装置为多个，多个气动网络装置布置在不可伸缩柱结构333(图1中的310也是与不可伸缩柱结构333相同的构件，只是把头颈部结构4和尾部结构3的不可伸缩柱结构统一描述为不可伸缩柱结构333，为了便于描述，因为头颈部结构4和尾部结构3的结构基本相同，仅囊腔结构个数和尺寸有区别，所以统一结合图16来说明)的不同侧面；相邻的气动网络装置之间的夹角β相同；构成头
颈部结构4和尾部结构3的软体仿生致动器中的气动网络装置为变径形式的扇形囊腔结构(如图1、 8、16和17所示，拿图17来讲，图中的上下方向就是扇形囊腔结构的径向方向，所谓变径结构，就是由与本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种气动水陆两栖软体仿生机器人，包括软体仿生致动器，其特征在于：还包括躯干结构(1)，躯干结构(1)的前后两端均设置软体仿生致动器，躯干结构(1)前端的软体仿生致动器构成头颈部结构(4)，躯干结构(1)后端的软体仿生致动器构成尾部结构(3)；躯干结构(1)的两侧还设置有鳍状肢结构(2)；构成头颈部结构(4)和尾部结构(3)的软体仿生致动器包括气动网络装置和不可伸缩柱结构(333)；所述气动网络装置的底端面与不可伸缩柱结构(333)侧表面相连接；气动网络装置由多个囊腔结构(111)组成，多个囊腔结构沿不可伸缩柱结构(333)的长度方向依次布置，相邻的囊腔结构的内部之间相互连通；所述躯干结构(1)的内部为用于通入液体或气体，以便使机器人在水中能够进行下潜和上浮的空腔；所述鳍状肢结构(2)连接在躯干结构(1)两侧，鳍状肢结构(2)包括翼鳍(2
‑
1)和主肢(2
‑
2)；所述翼鳍为仿海狮的鳍状肢结构，翼鳍内部嵌入有可变刚度薄片(210)，翼鳍设置有气动网络装置(211)，翼鳍后端部连接主肢(2
‑
2)；所述主肢(2
‑
2)包括旋转驱动(220)和多个主肢气动网络装置；所述旋转驱动包括驱动主体(225)、驱动旋线(226)和鳍状肢压簧结构(212)；所述驱动主体为圆柱状软体结构，在驱动主体轴线四周设有多个等角度布置的与轴线平行的截面贯穿孔(225
‑
1)，且在驱动主体的一端设有与截面贯穿孔(225
‑
1)连通的内凹(B1)，所述鳍状肢压簧结构(212)嵌入在驱动主体内部，且鳍状肢压簧结构(212)的前端嵌入翼鳍(2
‑
1)内，所述驱动旋线以一定的螺旋角度螺旋缠绕在驱动主体上。2.根据权利要求1所述的一种气动水陆两栖软体仿生机器人，其特征在于：躯干主体(1
‑
1)的两侧安装鳍状肢结构(2)的位置设置有用于安装鳍状肢结构的置放槽(110)。3.根据权利要求1所述的一种气动水陆两栖软体仿生机器人，其特征在于：躯干结构(1)包括躯干主体(1
‑
1)和躯干密封盖(1
‑
2)，躯干主体(1
‑
1)为内部空腔且上端开口的结构，躯干密封盖(1
‑
2)密封在躯干主体(1
‑
1)的开口处。4.根据权利要求1所述的一种气动水陆两栖软体仿生机器人，其特征在于：所述可变刚度薄片(210)上需要在其指定变刚度的位置缠绕加热丝，加热丝连接至外部的加热源。5.根据权利要求1所述的一种气动水陆两栖软体仿生机器人，其特征在于：驱动旋线以一定的螺旋角度螺旋缠绕在驱动主体上，螺旋角度(δ)为大于30
°
小于180
°
。6.根据权利要求1所述的一种气动水陆两栖软体仿生机器人，其特征在于：主肢(2
‑
2)的气动网络装置由多个扇形囊腔结构(2
‑2‑
1)构成，多个扇形囊腔结构(2
‑2‑
1)之间连通，主肢气动网络装置的一个端面设置有与扇形囊腔结构(2
‑2‑
1)内部连通的孔(M)，主肢气动网络装置为四个，四个主肢气动网络装置设置在驱动主体(225)外侧壁，四个主肢气动网络装置之间的夹角(θ)相同，四个主肢气动网络装置分别为第一气动网络装置(221)、第二气动网络装置(222)、第三气动网络装置(223)和第四气动网络装置(224)。7.根据权利要求1所述的一种气动水陆两栖软体仿生机器人，其特征在于：构成头颈部结构(4)和尾部结构(3)的软体仿生致动器中的气动网络装置为多个，多个气动网络装置布置在不可伸缩柱结构(333)的不同侧面；相邻的气动网络装置之间的夹角(β)相同；构成头颈部结构(4)和尾...

【专利技术属性】
技术研发人员：张禹，赵文川，李佳，王宁，
申请(专利权)人：沈阳工业大学，
类型：新型
国别省市：