[发明专利]一种电磁驱动的软体爬行机器人

权利要求书

1.一种电磁驱动的软体爬行机器人，其特征在于：所述软体爬行机器人包括组成躯干的软体单胞、头部、六对摩擦腹足和软体单胞之间的橡胶材料，其中六个可重组的软体单胞每三个为一排组成一个具有左右两排软体单胞的软体爬行机器人，每个软体单胞下面设有一对摩擦腹足，软体单胞两两之间由橡胶材料胶接，所述软体单胞主要包括液体空腔、柔性电磁铁、表皮结构和导电超弹性材料；在位于躯干前端的头部结构中装有无线收发模块；在软体单胞的表皮结构内部上下对称布置柔性电磁铁，柔性电磁铁和无线 收发模块之间的电路通过嵌入表皮的导电超弹性材料相连接，表皮结构是由具有伸缩变形能力的聚合物弹性体材料制成，在每个软体单胞中偏置一个液体空腔，利用柔性电磁铁通电时具有磁性，断电时磁性消失，同时结合聚合物材料的弹性，通过无线收发模块控制不同单胞的通断电来实现软体爬行机器人的前进和转弯。

2.根据权利要求1所述一种电磁驱动的软体爬行机器人，其特征在于：所述软体单胞中的两个柔性电磁铁实现对称分布，所述柔性电磁铁包括漆包线和铁芯，铁芯为具有压阻特性和线弹性的导电高分子材料，通过沿两个不同的方向分别给两个铁芯绕线得到，在通电时两个柔性电磁铁互相之间能产生吸引力。

3.根据权利要求1所述一种电磁驱动的软体爬行机器人,其特征在于：所述液体空腔偏置于软体单胞中，使得软体单胞在工作时，下半部分的变形量大于上半部分的变形量，实现更大的位移。

4.根据权利要求1所述一种电磁驱动的软体爬行机器人，其特征在于：所述 摩擦腹足的安装角度为θ，θ指腹足与地面的夹角，可依据腹足在爬行过程中所受到的支持力的水平分量和摩擦力之间的关系进行计算，具体公式为其中μ是腹足与地面的摩擦系数，mg是该腹足所支撑的重力，F_N是腹足所受到的支持力，安装后可使软体爬行机器人在工作时限制软体单胞只能沿一个方向收缩，实现前进运动。

5.根据权利要求1所述一种电磁驱动的软体爬行机器人，其特征在于：所述两两单胞之间的橡胶材料在动作过程中也发生一定量的变形；所述软体单胞以靠近头部的第一对单胞开始，依次通电，发生变形，实现前进运动。

6.根据权利要求1所述一种电磁驱动的软体爬行机器人，其特征在于：所述的导电超弹性材料为碳纳米管超弹性材料，其具有可压缩性、回弹性和抗疲劳性、高的导电性和可逆弹性应变能力，且在一定范围内压缩变形其电学性能不会发生明显改变。

7.根据权利要求1所述一种电磁驱动的软体爬行机器人，其特征在于：所述的聚合物弹性体材料为聚氨酯(TPU)、热塑性弹性体(TPE)、热塑性硫化胶(TPV)、橡胶(RB)或乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)高弹性高分子材料。

8.根据权利要求1所述一种电磁驱动的软体爬行机器人，其特征在于：当无线收发模块接受到信号以后，给靠近头部的第一对软体单胞的两对柔性电磁铁第一对线圈通电，柔性电磁铁产生不同的磁极，每个软体单胞中的两个柔性电磁铁以N-S或S-N形式相对，异性相吸，从而产生吸引力，产生的吸引力来驱动软体单胞( 1) 产生横向伸长纵向缩短的变形，同时液体空腔也发生变形，机器人的步长增加；当断电时，柔性电磁铁磁性消失，两个电磁铁之间的作用力消失，表皮结构的收缩力和摩擦腹足的作用力使单胞恢复原来的状态并沿前进方向产生一段位移；从最靠近头部的第一对软体单胞开始，按照一定的序列分别依次控制每对软体单胞中柔性电磁铁通入的电流或电压就可实现软体爬行机器人的控制，从而带动整个软体爬行机器人运动，还通过控制给不同侧的软体单胞通断电，来实现转弯。