[发明专利]一种电磁驱动的软体爬行机器人

说明书

本发明涉及软体机器人，具体涉及一种电磁驱动的软体爬行机器人。该机器人由组成躯干的软体单胞、头部和六对摩擦腹足组成，所述软体单胞主要包括液体空腔、柔性电磁铁、表皮结构和嵌入表皮的导电超弹性材料。单胞两两之间通过橡胶材料胶接，头部中装有无线收发模块。所述在软体单胞1中上下对称布置有柔性电磁铁，单胞中的柔性电磁铁通过嵌入表皮结构的导电超弹性材料与无线收发模块相连接，其中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，在软体单胞中偏置一个液体空腔。本发明利用柔性电磁铁通电时的相互吸引力使软体单胞发生变形，断电时吸引力消失由表皮弹性材料收缩原理和摩擦腹足的摩擦力，来实现软体爬行机器人的爬行运动。

技术领域

本发明涉及软体机器人的驱动领域，具体涉及一种电磁驱动的软体爬行机器人。

背景技术

近年来,随着新材料与快速加工制造技术的发展,软体机器人技术已成为机器人技术领域的研究热点。与传统的刚性机器人相比,具有多方面优势，在理论上具有无限多个自由度,不需要复杂的机构,易实现多功能性能够通过变形更好地适应未知或复杂非结构化作业环境，与作业对象之间为柔性接触,能够操作形状复杂各异的物体,对自身与操作对象的损伤很小等,在物理辅助医疗康复,微创手术,复杂环境搜索与探测等方面具有广阔的应用前景。

目前,软体机器人研究主要借助于智能材料(如超弹性硅橡胶材料、形状记忆合金、电活性聚合物DEA等)和新型驱动技术如气动、液压、磁流变、电致伸缩等,开发具有充分柔顺性、适应性、超冗余性的软体机器人。上海交通大学机器人所设计了一种仿尺蠖蠕动球型模块化软体机器人，通过球型模块的依次膨胀和收缩，以及软件摩擦腹足的交替及附和撤离，实现在粗糙面上的蠕动前进，但此结构采用气体驱动需要外置空气压缩泵和复杂的管路，而且它只能在一定的范围内运动。申请号为201210433877.0的中国专利申请公开了一种应用于非结构作业环境中的软体机器人，在躯干部内周向上设置四条通道,在通道内沿轴向嵌入数个相间隔的微分磁性刚性单元,通过控制该刚性单元实现整体的弯曲和蠕动，该形式的软体机器人含有刚性零部件,并不是真正意义上的软体,适应性差，而且其结构复杂、制造困难。

发明内容

为了解决现有软体机器人中存在刚性单元这一问题，本发明提供了一种柔性电磁铁驱动的软体爬行机器人，该机器人应用一些软体单元代替了传统机器人中的刚性零部件，基本实现了全软体机器人这一概念。

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组成，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。所述在软体单胞的表皮结构内部上下对称布置有柔性电磁铁，柔性电磁铁和无限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。按照无线收发模块收到的序列分别控制每个电磁铁通电的电流或电压就可实现软体爬行机器人的相应控制。

本发明进一步限定的技术方案如下：

前述软体单胞中的两个柔性电磁铁实现对称分布，所述柔性电磁铁跟普通电磁铁组成一样，它包括漆包线和铁芯，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。

前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。