[发明专利]一种螺旋式扭转软体机器人模块

说明书

一种螺旋式扭转软体机器人模块，它涉及一种软体机器人模块。现有软体机器人的弯曲模块虽然能够通过串联形成超冗余机械臂，但是仍然缺少扭转的自由度，导致运动形式单一的问题，同时也可解决弯曲模块实现全向运动时，控制难度大的问题。发明所述中心限制条依次穿过前堵、弹性主体和后堵，所述弹性主体内加工有多个螺旋形内腔，多个螺旋形内腔以中心限制条为中心均匀布置在弹性主体内，所述前堵设置在弹性主体的上端，前堵与每个螺旋形内腔的上口之间密封连接，所述后堵设置在弹性主体的下端，每个螺旋形内腔对应有一根连接管，每个螺旋形内腔的下口通过后堵与其对应的连接管相连通。本发明为运动形式简洁、制造简便、操作简单的软体扭转机器人。

技术领域

本发明具体涉及一种螺旋式扭转软体机器人模块。

背景技术

近几年，随着新材料的出现以及加工制造技术的提高，世界范围内掀起了软体机器人研究的热潮，软体机器人是机器人研究的一种新的思路，涉及仿生学，机器人学，软材料学以及控制等学科，其灵感来源于模仿自然界的软体动物。针对各种任务明确、不确定性可以忽略的可控环境，传统机器人依靠本身高刚度、高精度、速度快、重复精度好等特性，使其在工业制造领域、医疗设备领域和航空航天领域得到了广泛应用。然而当任务不可预测，环境不确定时，就需要确保机器人与环境和人身交互的安全性。虽然有很多研究致力于解决如何让刚体机器人具有软能力，但是仍然需要依靠软件控制来保证与人或环境之间的接触。而软体机器人形态结构简单，高能量重量比，由于其固有的柔顺性，能够抵御外部冲击，适应不利的环境条件，且设计灵活，易于制造，成本低廉，相较于传统机器人越来越流行。软体机器人采用超弹性材料制作软体结构，理论上具有无限多的自由度，具有连续变形的能力，很大程度上减小了环境的不确定性；同时由于其内在的特性，柔软接触，被动顺从，从硬件上使接触碰撞力最小化，保证了人身安全，弥补了刚性机器人的缺点，因此主要用于夹持器、外骨骼、超冗余机械臂以及一些不需要精确控制的场合。

经研究文献发现，目前大量的工作用于研制弯曲致动器的结构和控制，形状记忆合金和电活性聚合物可以直接制作成弯曲结构，同时有关弯曲模块的特性测定实验也大量开展。如哈佛大学，伍斯特理工学院，MIT，新加坡国立大学等研制的基于气体驱动的硅橡胶软体弯曲模块等。而有关扭转软体模块的研究很少，仍然处在原型阶段。但是软体扭转模块相对于弯曲模块具有很多特殊的优势，同样有广泛的应用前景。从软体仿生角度，仔细观察动物的运动方式，如人和动物的肢体、关节等，不仅有弯曲作用，也有扭转的作用；很多软体爬行动物如蛇，蚯蚓等身体也可实现扭曲。从通过狭窄空间角度，扭转运动更容易克服阻力，使软体变形，从而顺利通过狭小的空洞。从运动形式角度，弯曲模块虽然可以通过串联形成超冗余机械臂，但是仍然缺少扭转的自由度，导致运动形式单一，有些空间位置和姿态不易到达。从控制角度，虽然三腔弯曲模块就可以实现全向的运动，但是需要每个腔复杂的配合，给控制增加了很大的难度。

发明内容

本发明的目的是提供一种螺旋式扭转软体机器人模块，以解决现有软体机器人的弯曲模块虽然能够通过串联形成超冗余机械臂，但是仍然缺少扭转的自由度，导致运动形式单一的问题，同时也可解决弯曲模块实现全向运动时，控制难度大的问题。

为了解决上述问题，本发明提供了一种螺旋式扭转软体机器人模块，包括弹性主体、后堵、中心限制条和前堵，所述中心限制条依次穿过前堵、弹性主体和后堵，所述弹性主体内加工有多个螺旋形内腔，多个螺旋形内腔以中心限制条为中心均匀布置在弹性主体内，所述前堵设置在弹性主体的上端，前堵与每个螺旋形内腔的上口之间密封连接，所述后堵设置在弹性主体的下端，每个螺旋形内腔对应有一根连接管，每个螺旋形内腔的下口通过后堵与其对应的连接管相连通。

弹性主体为弹性硅胶制成的圆柱体，中心限制条长度方向的中心轴线与弹性主体长度方向的中心轴线相重合。

后堵和前堵均为弹性硅胶制成的圆柱体，所述前堵固定连接在弹性主体的上端，所述后堵固定连接在弹性主体的下端，所述弹性主体、后堵和前堵同轴设置。