[发明专利]基于尺蠖的仿生软体机器人

说明书

本发明公开了一种基于尺蠖的仿生软体机器人，包括机器人本体；所述机器人本体的两端被配置为足部；所述足部之间形成为所述机器人本体的躯干部；所述机器人本体采用柔性材料制成；所述躯干部被配置为能够弯曲地驱动整体移动的结构，所述足部能够夹持沿所述躯干部移动方向分布的支撑物并辅助移动；所述足部能够相对于所述躯干部倾斜地夹持偏离移动方向分布的支撑物以辅助改变移动方向；本发明的软体机器人采用硅胶框架和多级形状记忆合金弹簧驱动的结构形式，使得机器人具有很好的柔性和控制的灵活性，能实现多种动作形态，具有跨越简单障碍的功能，同时缩小了机器人的体积。

技术领域

本发明涉及形状记忆合金驱动技术领域，尤其涉及一种基于尺蠖的仿生软体机器人。

背景技术

随着人们对机器人技术需求的不断提升,传统刚性机器人因其结构复杂、安全性差、适应性差、灵活性差等原因已经难以满足人们的需求,而软体机器人是一种由柔性材料制作的新型机器人，能够适应各种非结构化环境，能够提供更为安全的人机交互。

仿生软体机器人的研究灵感来源于生物,这些生物包括蠕虫等爬行生物,章鱼、游鱼等水中生物,蚱蜢、跳蚤等跳跃型生物等,根据仿生对象不同，仿生软体机器人拥有不同的特点和功能。

尺蠖属于节肢动物，其身体细长，行动时一屈一伸像个拱桥，具有很强的攀爬能力，对攀爬环境的适应性很强。

形状记忆合金制成的SMA驱动器因其功率密度高，结构简单，噪声低等优点，是软体机器人中常用的驱动方式之一。

目前仿生尺蠖机器人柔性较差，环境适应性差，或只具备简单的爬行能力。因此如何使仿生尺蠖具有更强的柔性，及多种攀爬能力，是一大关键问题。

对比文件1：在中国发明专利申请(CN 105697927 A)公开了一种基于IPMC的仿生尺蠖管道爬行机构。该装置包括两个嵌位模块和一个伸缩模块，利用智能材料IPMC通电后弯曲的特性作为驱动原理，尺寸小，质量轻，通过调整IPMC足的倾斜角度可以适应不同的管径，自身结构可弯曲，能够通过较大曲率的弯道，可以实现管道内的前进、驻留、后退的运动。

对比文件2：在中国发明专利申请(CN109756147A)公开了一种基于液晶弹性聚合物的仿生尺蠖结构，结构顶层为具有一定厚度的硅胶模，下方为通过粘附材料与硅胶模粘结为一体的斜柱状阵列结构以及液晶弹性聚合物。该结构能够在小电压驱动下，实现驱动可控和大变形有机统一。

对比文件3：在中国发明专利申请(CN109823429A)公开了一种仿生尺蠖机器人，机器人头部包括超声波测距探头、红外人体感应探头和状态提示等，若干关节相连接形成躯干，每个关节含有一个舵机，针簇足又弹簧、钢针、连杆、舵机构成，钢针结合弹簧后能够抓住不平坦的地面，，机器人的前后足钢针方向相同，当机器人前进或后退时同向钢针使得推力方向一致，避免滑动以降低力的损耗，机器人的仿生针簇足，在履带无法运行环境仍能进入废墟有效地附着面适应地形，有利于提高废墟中的通过率，进行搜查工作。

对比文件4：在文献《Reachability Improvement of a Climbing Robot Basedon Large Deformations Induced by Tri-Tube Soft Actuators》中公开了一种水蛭仿生机器人，该机器人由两端的吸盘结构，中间的软管结构组成，通过驱动三根软管不同的伸缩量，来控制机器人的偏转，通过首尾的吸盘结构来进行机器人的位移约束控制。该机器人能够实现在垂直墙壁上的攀爬。

本领域技术人员经过仔细研究上述对比文件后，总结出现有技术中的仿生机器人仍然存在以下技术问题：

对比文件1公开的一种基于IPMC的仿生尺蠖管道爬行机构，主要由刚性结构组成，柔性较差，且仅适于在规则的、管径适配的管道中爬行，应用场景限制较多。

对比文件2公开的液晶弹性聚合物的仿生尺蠖结构仅能在无障碍的平面上爬行，无跨越障碍的能力，爬坡能力较差。