[发明专利]一种仿生软体翻滚机器人

说明书

本发明提供一种仿生软体翻滚机器人，包括正三棱柱形壳体，正三棱柱形壳体包括第一侧面、第二侧面及第三侧面，正三棱柱形壳体内设有与外界连通的气动软体弯曲驱动机构，所述气动软体弯曲驱动机构通过充气和放气使正三棱柱形壳体的三个侧面按照次序进行弯曲变形；第一侧面通过充气产生向内的小程度弯曲变形，第二侧面和所述第三侧面通过充气产生向内的大程度弯曲变形，使正三棱柱形壳体的前、后棱边收拢，在重力的作用下产生翻滚运动，第二侧面和第三侧面通过放气恢复初始形状，第一侧面通过放气恢复初始形状，完成一个周期的翻滚运动。本发明仿生软体翻滚机器人的三个侧面按照次序进行弯曲变形，实现翻滚运动，驱动简单有效。

技术领域

本发明涉及软体机器人技术领域，具体地，涉及一种仿生软体翻滚机器人。

背景技术

近年来，软体机器人逐渐成为机器人技术领域的热点研究对象，相对于传统的刚性机器人，软体机器人具有很好的柔性，不需要复杂的控制算法，便可以实现对环境和操作对象的自适应，而且能够避免碰撞引起的人体伤害以及物品和机器人损坏，在空间探测、医疗等领域有很大的应用前景。

软体移动机器人主要用于复杂环境(如深海、台阶、缝隙、管道等)的探测以及人体的内窥检查和药物引导，与传统的刚体移动机器人不同，软体移动机器人的结构和材料具有很高的柔性，使其对周围环境有很强的适应性，对人体基本不会造成伤害，而且软体移动机器人的材料具有自驱动性，使其能够设计并制作成很小的尺寸，用于医疗领域。

软体移动机器人的关键技术主要包括软体材料、驱动方式、构型设计和移动形态四个方面。

经检索相关文献可知，目前用于软体移动机器人的软体材料及驱动方式主要有：基于硅橡胶材料的气动驱动、基于纺织材料的气动驱动(气动人工肌肉)、基于鲍登线或形状记忆合金的线拉式驱动、基于微粒阻滞效应的刚柔转换驱动、基于导电聚合物的变形驱动等。目前软体移动机器人的构型和移动形态大多以仿生为主，主要有：翻滚(仿车轮蜘蛛、刺猬)、爬行(仿尺蠖、蚯蚓、蛇)、跳跃(仿青蛙、跳蚤)、行走(仿多足哺乳动物)、游泳(仿鱼、水母、蝠喷)、飞行(仿鸟、蜻蜓)等。相关研究主要有：美国哈佛大学Whitesides团队的四足气动软体爬行机器人和仿蜘蛛气动关节式软体爬行机器人，美国麻省理工学院Andrew等人的仿鱼游泳软体机器人和Cagdas等人的仿蛇爬行软体机器人，美国塔夫茨大学Trimmer等人的仿尺蠖爬行和翻滚软体机器人，日本立命馆大学Yuuta等人的球形翻滚和跳跃软体机器人，德国Festo公司的仿鸟扑翼飞行机器人，德国马克斯普朗克智能系统研究所Wenqi Hu等人的磁驱动微型软体机器人等。

其中软体翻滚机器人相比其他软体移动机器人具有运动速度快和运动效率高的优点。目前的软体翻滚机器人采用了比较多的软体驱动器，增大了体积和重量，同时使软体翻滚机器人的运动受到了更多动力线和信号线的限制；目前的软体翻滚机器人大都采用轮式构型，虽然能够获得比较平滑的运动，但其运动稳定性比较差，特别是在凹凸不平的路面运动时，容易受到重力和自身惯性的影响，偏离期望的运动轨迹。

经检索发现，公开号为CN105965518A的中国专利，公开了一种软体环形翻滚机器人，包括主运动环、摩擦带、四个弹性元件、隔离器、传感器、继电器、控制系统和电源，其中：摩擦带套在主运动环外侧，作为机器人运动部分；四个弹性元件通过绝缘螺栓与主运动环连接；隔离器位于主运动环腔内各弹性元件交汇处，用于阻隔各个弹性元件以避免相互缠绕；传感器贴在主运动环内壁，并处于第一弹性元件与主运动环连接点正下方；传感器通过导线与控制系统相连；继电器一端通过导线与四个弹性元件及电源构成回路，另一端与控制系统相连；控制系统与电源相连。通过弹性元件的交替伸缩，实现软体环形机器人的翻滚前进。

但是上述专利存在以下不足：采用了相对较多的软体驱动器(4个)，即弹性元件，增大了机器人的体积和重量；驱动系统复杂，较多的动力线和信号线限制了机器人的翻滚运动；采用了轮式构型，虽然能够获得比较平滑的运动，但其运动稳定性比较差，特别是在凹凸不平的路面运动时，容易受到重力和自身惯性的影响，偏离期望的运动轨迹。