[发明专利]一种磁流体驱动仿尺蠖软体机器人

说明书

本发明提供了一种磁流体驱动仿尺蠖软体机器人，包括头部部件、躯干部件及尾部部件。头部部件和尾部部件位于躯干部件两端，头部部件和尾部部件关于躯干部件呈中心对称，头部部件和尾部部件底面均设置同方向三角状立足，同时头部部件、尾部部件中开有空腔用于存放磁流体。躯干部件分为两部分，实心管状躯干以及位于正中的弧型躯干，两根横截面呈圆形的实心管状躯干的一端分别与弧型躯干两端密封连接，总体呈弧型；两根横截面呈圆形的实心管状躯干的另一端分别与头部部件和尾部部件相连并密封。在弧形躯干部分设有空腔用于存放磁流体。通过外部对头部或尾部施加横向电场实现扭转转向，通过外部对躯干施加纵向电场实现模仿尺蠖伸缩前进。

技术领域

本发明涉及无束缚驱动及软体机器人领域，特别涉及一种磁流体驱动仿尺蠖软体机器人。

背景技术

机器人学(Robotics)是一门建造具有所需的运动、感知和认知能力的机器的科学，机器人是用来为人类服务的机器。随着时代的不断发展，人们对于机器人的需求是日益提高，要求也不断提高。现在机器人已经广泛运用于军事、工业、航空等诸多领域。传统机器人一般由刚性模块通过运动副连接构成，每个自由度提供一个(或多个)平动或转动自由度。所有运动副的运动组合形成机器人末端执行器的工作空间，那么该类机器人便具有了运动精确的优点，但是缺点也随之暴露，结构的刚性使其环境适应性极其低下，只能通过一些平坦开阔的地带，而在狭小空间内运动受限无法运转，无法通过形状复杂的通道，这些缺点大大制约了刚性机器人在一些特殊复杂环境下的应用，如军事侦察时出于隐蔽性考虑希望侦查机器人能通过墙缝或门缝等细小地带；矿难、震灾救援中需要救援机器人能够进入废墟中探测里面的情况，确保救援工作的顺利进行；医学工作中需要机器人能进入人体，在各种人体环境中能行动自如进行相关探测或进行治疗等。

为了提高机器人的柔性，研究者们为其增加更多的自由度，形成超冗余度机器人，使其具有一定的连续变形能力，例如蛇形机器人、仿象鼻机械臂等。超冗余度机器人的环境适应能力大幅提高，但其零部件仍是刚体，对于改变自身形态及尺寸大小是无法做到的。随着柔性及弹性材料的不断的开发与应用，软体机器人逐渐进入人们的研究视野。通过模仿自然界的软体动物，研究学者们将柔性材料与弹性材料制造成软体机器人，理论上其具有无限多自由度和连续变形能力，可在大范围之内任意改变自身形状和尺寸，具有无限种构型使其末端执行器到达工作空间中的任意一点，具有广泛应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供一款能够实现爬行、前进、扭转的无束缚磁性驱动仿生尺蠖软体机器人。

为实现上述目的，本发明采取具体技术方案如下：

一种磁流体驱动仿生尺蠖软体机器人，其特征为，包括头部部件、躯干部件及尾部部件。头部部件和尾部部件位于躯干部件两端，头部部件和尾部部件关于躯干部件呈中心对称，头部部件和尾部部件为四棱柱几何体，头部部件和尾部部件底面均设置同方向三角状立足，同时头部部件、尾部部件中开有空腔用于存放磁流体。躯干部件分为两部分，横截面呈圆形的实心管状躯干以及横截面呈正方形的位于正中的弧型躯干，两根横截面呈圆形的实心管状躯干的一端分别与弧型躯干两端密封连接，总体呈弧型；两根横截面呈圆形的实心管状躯干的另一端分别与头部部件和尾部部件相连并密封。在弧形躯干部分设有空腔用于存放磁流体。所有空腔表面都设有导流孔用于灌输磁流体。

本发明的进一步改进，头部部件、躯干部件和尾部部件选材均采用3D打印的光固化弹性材料，全部软体机器人构型采用光固化3D打印进行完成。

本发明的进一步改进，在头部部件，躯干部件和尾部部件中通过导流孔添加新型磁流体介质用于驱动。

本发明的进一步改进，将管状躯干部分横截面积采用圆形，直径尺寸小于头部部件截面、位于正中弧型躯干部分截面以及尾部部件截面的内接圆直径，保证磁效应对于软体材料有较明显作用。

本发明的进一步改进，头部部件和尾部部件的立足每一个截面均为三角形，呈同方向排列。

本发明的有益效果：