[发明专利]一种基于3D打印技术的气动仿尺蠖软体机器人

说明书

本发明涉及软体机器人，特指一种基于3D打印技术的气动仿尺蠖软体机器人。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均为实心体，头部部件和尾部部件底端均设置同方向三角状立足，头部部件和尾部部件的另一端分别与躯干部件两端密封相连。躯干部件呈弧形，横截面呈正方形，躯干部件中开有弧型空腔，弧型空腔由5个在同一平面内的梯形空腔连接而成形成复合M型空腔，复合M型空腔以躯干部件中心竖轴成轴对称分布，躯干部件上开有导气孔用于输入气体。本发明中采用气动与空腔变形构成冗余驱动，实现软体机器人的弯曲形变，通过给予躯干内部空腔输气放气，促进复合M型空腔膨胀收缩来控制软体机器人的运动前进步幅。

技术领域

本发明涉及3D打印及软体机器人领域，特别涉及一种基于3D打印技术的气动仿尺蠖软体机器人。

背景技术

为了提高传统机器人的柔性，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。

目前，软体机器人的本体制造法主要基于成型技术，包括形状沉积法(ShapeDeposition Manufacturing，SDM)、熔融沉积成型、纳米复合材料沉积、纳米压印、激光消融、微注射成型等。Tufts大学Barry A.Trimmer实验室研制的仿毛虫(烟草天蛾幼虫)软体机器人就是采用了形状沉积法(SDM)制造，通过沉积-去除-沉积-微加工-埋入元件-沉积-去除-移除基体等一系列操作，才能得到软体机器人模型。该方法在制作时间以及制造精度上都有所欠缺。本发明另辟蹊径，通过选用液态光敏树脂，利用立体光固化(SLA)3D打印技术，不光有效提高了制造精度，也在一定程度上提升了传统制造软体机器人的效率，同时也省去了集成的繁琐步骤。

发明内容

本发明的目的是在现有软体机器人成型技术有所缺陷的基础上，提供一款基于3D打印制造，能够提高制造精度，提升制造效率，实现爬行、前进的气体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：

一种基于3D打印技术的气动仿尺蠖软体机器人，其特征为，所述气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均为实心体，头部部件和尾部部件底端均设置同方向三角状立足，头部部件和尾部部件的另一端分别与躯干部件两端密封相连。躯干部件呈弧形，横截面呈正方形，躯干部件中开有弧型空腔，弧型空腔由5个在同一平面内的梯形空腔连接而成形成复合M型空腔，复合M型空腔以躯干部件中心竖轴成轴对称分布，用于进行存储外界气体发生形变，躯干部件上开有导气孔用于输入气体。

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，躯干部件正中侧面添加导气孔用于外界气体的输入。

本发明的进一步改进，躯干内腔采用复合M型空腔作为鼓气囊，可在有限空间内有效增大鼓气面积，促进弹性材料形变，更好的完成动作驱动。

本发明的进一步改进，头部和尾部立足呈同方向三角形排列。

本发明的有益效果

(1)本发明中采用气动与空腔变形构成冗余驱动，实现软体机器人的弯曲形变；

(2)本发明中头部部件和尾部部件底面的三角状立足设置成同方向，实现软体机器人爬行前进功能。