一种软体爬行机器人制造技术

本实用新型专利技术公开一种软体爬行机器人，包括第一折展结构和第二折展结构。第一折展结构和第二折展结构均包括折展部以及前端板和后端板，其中：折展部为柱状空腔结构，且其侧壁为折纸结构；前端板和后端板分别与折展部的前后两端相连；第一折展结构的前端板和第二折展结构的后端板上均设有通孔，第一折展结构的后端板上设有气孔。第一折展结构的前端板与第二折展结构的后端板相连，第一折展结构的后端板上所设气孔通过气管与气泵相连，置于爬行面上时，第一折展结构中后端板的底部与爬行面的摩擦力大于第二折展结构中前端板的底部与爬行面的摩擦力。相比于现有技术，该软体爬行机器人不但能够保证气密性，而且运动速度更快，稳定性更好。性更好。性更好。

【技术实现步骤摘要】
一种软体爬行机器人


[0001]本技术涉及机器人
，尤其涉及一种软体爬行机器人。

技术介绍

[0002]软体爬行机器人是一种由柔性材料制成的新型连续体仿生机器人，由于自身材料特性使其在恶劣复杂环境下运动时具有独特优势。与传统刚性爬行机器人相比，软体爬行机器人在爬行过程中能够更加顺应贴合复杂的周围环境，因而可以在特殊环境下发挥重要作用。
[0003]然而，现有的软体爬行机器人运动时，需要携带笨重的充气装置和控制设备，不便于精确控制其运动轨迹。另外，频繁的充放气会使软材料发生大变形与疲劳，从而引起材料的疲劳断裂。因此，如何减少频繁充放气导致的材料疲劳和气密性问题是迫切需要解决的。
[0004]具体来说，目前的软体爬行机器人大多采用正压驱动运动，通过向彼此相连的气囊内部充气和放气使机器人产生收缩膨胀变形，进而完成爬行运动。例如，机械工程学报于2017年卷号53(13)提出了一种气压驱动多气囊软体机器人，其基于3D打印技术和气动网络结构，以硅胶材料制作而成。整个机器人结构分为两大部分：位于上方的11个相通的气囊，以及位于机器人前后端下部的双层底座。底座前端设有一个半圆形摩擦片，底座后端设计有一个与地面呈60
°
角的斜面，并在斜面上附有摩擦片。该软体爬行机器人充气阶段，气泵向其内部充气，各个气囊膨胀使机器人整体受力发生弯曲变形，再由于其前摩擦片的摩擦力大于后摩擦片的摩擦力，使机器人前脚固定后脚向前脚靠近；放气阶段，后摩擦片与地面接触面积增大，前摩擦片的底部与地面分离，后摩擦片所受摩擦力大于前摩擦片所受摩擦力，使机器人后端固定前端向前移动，从而完成连续周期性向前运动，该软体爬行机器人是通过控制前后端摩擦力的大小以实现连续向前爬行运动。
[0005]但是，上述机器人包含多个复杂结构的气囊，极易导致气密性的问题，而且制作工序和过程繁琐、加工时间长、效率低、收益比低。再者，其运动原理是通过充放气以控制前后脚摩擦力的大小，从而使机器人实现爬行运动，但由于其整体结构复杂、摩擦片难以设置以及充放气速率难以控制，限制了其运动速度，降低了爬行效率。

技术实现思路

[0006]本技术的目的在于针对已有的技术现状，提供一种软体爬行机器人，不但能够保证气密性，而且运动速度更快，稳定性更好。
[0007]为达到上述目的，本技术采用如下技术方案：
[0008]一种软体爬行机器人，包括第一折展结构和第二折展结构；
[0009]第一折展结构和第二折展结构均包括折展部以及前端板和后端板，其中：折展部为柱状空腔结构，且其侧壁为折纸结构，施加轴向外力时，折展部可折叠并收缩，停止施加轴向外力后，折展部可自行展开并恢复原状；前端板和后端板分别与折展部的前后两端相连，且前端板的底部与后端板的底部平齐；第一折展结构的前端板和第二折展结构的后端
板上均设有通孔，第一折展结构的后端板上设有气孔；
[0010]第一折展结构的前端板与第二折展结构的后端板相连，且两者的通孔连通、底部平齐，第一折展结构的后端板上所设气孔通过气管与气泵相连，气泵用于抽出第一折展结构中折展部以及第二折展结构中折展部内的气体，置于爬行面上时，第一折展结构中后端板的底部与爬行面的摩擦力大于第二折展结构中前端板的底部与爬行面的摩擦力。
[0011]进一步的，所述折展部的侧壁为基于Kresling折痕图案的折纸结构。
[0012]进一步的，第一折展结构中折展部和第二折展结构中折展部的外侧面上设有介电弹性体包覆层，介电弹性体包覆层的表面设有碳膏层，碳膏层通过正极导线和负极导线与供电单元相连。
[0013]进一步的，第一折展结构中后端板的底部设有第一摩擦片，第二折展结构中前端板的底部设有第二摩擦片，第一摩擦片与爬行面之间的摩擦力大于第二摩擦片与爬行面之间的摩擦力。
[0014]进一步的，第一折展结构的前端板与第二折展结构的后端板通过粘合剂对齐粘合。
[0015]进一步的，所述前端板和后端板均为四边形或六边形或八边形。
[0016]进一步的，第一折展结构和第二折展结构中，前端板和后端板均与折展部通过3D打印一体成型。
[0017]进一步的，所述第一折展结构和第二折展结构均采用TPE材料或TPU材料制作而成。
[0018]本技术的有益效果为：
[0019]1、该软体爬行机器人上仅设计了一个气孔，气孔与气泵相连，通过外部气泵的间歇式启停控制抽气以使其内部压力发生周期性变化，从而使其整体结构交替折叠和展开，由于只通过一个气孔来控制抽气，有效保障了机器人的气密性；
[0020]2、该软体爬行机器人是通过气泵抽气使其内部产生真空(即负压驱动)，由于折展部的可折展性，从而使其整体结构可以快速收缩，放气后又能够迅速恢复原状，因而爬行运动速度高于现有软体爬行机器人；
[0021]3、该软体爬行机器人采用两折展结构组装而成，使其前部、中部、后部均具有支撑，运动过程中的稳定性更好，而且基于抽真空达到折叠目的的设计方式，中部支撑不会影响整体结构的爬行运动。
附图说明
[0022]图1为本技术软体爬行机器人展开状态下的立体图；
[0023]图2为本技术软体爬行机器人收缩状态下的立体图；
[0024]图3为本技术第一折展结构展开状态下的立体图；
[0025]图4为本技术第二折展结构展开状态下的立体图。
[0026]标注说明：1、前端板，2、折展部，3、后端板，3
‑
1、气孔，4、通孔。
具体实施方式
[0027]下面结合附图对本技术作进一步说明。
[0028]请参阅图1
‑
4所示，一种软体爬行机器人，包括第一折展结构和第二折展结构。
[0029]第一折展结构和第二折展结构均包括折展部2以及前端板1和后端板3，其中：
[0030]折展部2为柱状空腔结构，且其侧壁为折纸结构，施加轴向外力时，折展部2可折叠并伸缩，停止施加轴向外力后，折展部2可自行展开并恢复原状；
[0031]前端板1和后端板3分别与折展部2的前后两端相连，且前端板1的底部与后端板3的底部平齐；
[0032]第一折展结构的前端板1和第二折展结构的后端板3上均设有通孔4，第一折展结构的后端板3上设有气孔3
‑
1。
[0033]本实施例中，折展部2的侧壁为基于Kresling(克雷斯林)折痕图案的折纸结构。在其他的实施方式中，折展部2的侧壁还可以为基于Yoshimura(吉村)折痕图案、Miura(三浦)折痕图案等等的折纸结构。
[0034]为简化制作工序，第一折展结构和第二折展结构中，前端板1和后端板3均与折展部2通过3D打印一体成型。可选的是，第一折展结构和第二折展结构均采用TPE材料(热塑性弹性体)或TPU材料(热塑性聚氨酯弹性体橡胶)制作而成。TPE材料和TPU材料的特点为回弹性好、强度高。
[0035本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种软体爬行机器人，其特征在于：包括第一折展结构和第二折展结构；第一折展结构和第二折展结构均包括折展部以及前端板和后端板，其中：折展部为柱状空腔结构，且其侧壁为折纸结构，施加轴向外力时，折展部可折叠并收缩，停止施加轴向外力后，折展部可自行展开并恢复原状；前端板和后端板分别与折展部的前后两端相连，且前端板的底部与后端板的底部平齐；第一折展结构的前端板和第二折展结构的后端板上均设有通孔，第一折展结构的后端板上设有气孔；第一折展结构的前端板与第二折展结构的后端板相连，且两者的通孔连通、底部平齐，第一折展结构的后端板上所设气孔通过气管与气泵相连，气泵用于抽出第一折展结构中折展部以及第二折展结构中折展部内的气体，置于爬行面上时，第一折展结构中后端板的底部与爬行面的摩擦力大于第二折展结构中前端板的底部与爬行面的摩擦力。2.根据权利要求1所述的一种软体爬行机器人，其特征在于：所述折展部的侧壁为基于Kresling折痕图案的折纸结构。3.根据权利要求2所述的一种软体爬...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐齐平，张博，谢辉宇，鄂世举，
申请(专利权)人：浙江师范大学，
类型：新型
国别省市：