[发明专利]一种磁控变摩擦与可变腿长的软体爬行机器人

说明书

本发明涉及软体爬行机器人领域，提供一种磁控变摩擦与可变腿长的软体爬行机器人，包括变摩擦机构和变腿长机构，所述变摩擦机构包括支架、扭簧、磁铁、铁片、变摩擦片、橡胶片，所述变腿长机构包括柔性支架、形状记忆合金丝缠绕支架、形状记忆合金丝、导轨框架、形状记忆合金弹簧、不锈钢导向管、金属弹簧，所述变摩擦机构与变腿长机构通过柔性支架的顶端支架连接后，构成可伸缩腿部机构，2个可伸缩腿部机构通过上下叠放粘连后，构成柔性爬行机器人。本发明利用磁控变摩擦结构提高变摩擦机构的功率密度和响应速度；利用形状记忆合金驱动方法实现机器人腿长可调的目标，以提高机器人针对复杂地形的爬行越障能力并实现负载能力可调。

技术领域

本发明涉及软体爬行机器人领域，尤其涉及一种磁控变摩擦与可变腿长的软体爬行机器人。

背景技术

软体机器人的运动控制主要由腿部变摩擦机构与身体伸缩机构2部分组成。现有机器人变摩擦机构与身体伸缩机构的驱动方法有很多种，通过不同驱动方法能产生不同效果。

电机、气压和液压驱动：通过电机、气压和液压可以实现爬行机器人变摩擦和伸缩驱动。但由于电机、气压和液压的功率密度小，使得软体机器人的结构体积大而且有噪音。

智能材料驱动：通过利用一些新型智能材料，比如形状记忆聚合物、形状记忆合金丝、介电弹性体、凝胶等材料，也可以实现变摩擦和伸缩驱动，同时可以提高软体机器人驱动的功率密度、降低噪音，但存在响应速度慢的缺陷。

另外，现有软体爬行机器人的腿长不可调，这也容易导致机器人越障能力、负载能力不可调等缺陷。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有软体爬行机器人功率密度低、响应速度慢和腿长不可调等不足，提供一种磁控变摩擦与可变腿长的软体爬行机器人，利用磁控变摩擦结构提高变摩擦机构的功率密度和响应速度；利用形状记忆合金驱动方法实现机器人腿长可调的目标，以提高机器人针对复杂地形的爬行越障能力并实现负载能力可调。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种磁控变摩擦与可变腿长的软体爬行机器人，包括变摩擦机构和变腿长机构，所述变摩擦机构包括支架、扭簧、磁铁、铁片、变摩擦片、橡胶片，所述支架包括弓形内层和弧形外层，所述弓形内层中间设有通孔，固定磁铁，所述弧形外层中间通过斜面结构和变摩擦片的台阶面配合，固定变摩擦片，所述变摩擦片外侧面粘贴有橡胶片，变摩擦片内侧面凹孔粘贴铁片，所述支架端部的内外层之间设有扭簧，所述变腿长机构包括柔性支架、形状记忆合金丝缠绕支架、形状记忆合金丝、导轨框架、形状记忆合金弹簧、不锈钢导向管、金属弹簧，所述柔性支架包括顶端支架、中间支架、底端支架和贯穿于支架间的超弹性形状记忆合金和弯曲传感器，所述顶端支架与变摩擦机构连接，所述底端支架与形状记忆合金丝缠绕支架连接，形状记忆合金丝通过滑轮分布于形状记忆合金丝缠绕支架的上下表面，形状记忆合金丝穿过底端支架、中间支架、顶端支架后固定，所述导轨框架顶部开有与柔性支架相配的通孔，柔性支架穿过导轨框架后，导轨框架套设在形状记忆合金丝缠绕支架外，导轨框架底部与形状记忆合金丝缠绕支架底部间对称设有形状记忆合金弹簧，导轨框架底部对称设有金属弹簧，尼龙线一端固定在形状记忆合金丝缠绕支架上，另一端穿过固定于导轨框架顶部的滑轮后与金属弹簧连接，所述导轨框架内设有不锈钢导向管。

在上述技术方案中，所述变摩擦机构支架的弧形外层上开有三个方形孔，2个边孔用于去除多余材料，减轻支架重量，中间方孔用于固定变摩擦片。

在上述技术方案中，所述超弹性形状记忆合金与顶端支架、中间支架、底端支架接触处设有柔性导管。

在上述技术方案中，所述形状记忆合金丝与顶端支架、中间支架、底端支架接触处设有隔热导管。

在上述技术方案中，所述变摩擦机构与变腿长机构通过柔性支架的顶端支架连接后，构成可伸缩腿部机构，2个可伸缩腿部机构通过上下叠放粘连后，构成柔性爬行机器人。