[发明专利]一种气动驱动的仿蛇形软体机器人

说明书

本发明一种气动驱动仿蛇形软体机器人，属于软体机器人技术领域，涉及一种气动驱动仿蛇形软体机器人。该机器人由仿蛇形软体机器人主体、波纹式气囊制动器、连接环、快速插拔接口、连接气管组成。仿蛇形软体机器人本体是由硅胶材料组成的柱状弹性体，其沿轴向方向加工有三排连接孔。波纹式气囊致动器由可伸缩的波纹状气腔和进气管构成，实现在轴向方向上伸缩膨胀。连接环主体形状为环形，环形上有呈120度布置的三个固定卡套，每个固定卡套上有通气孔和环形连接头。连接环与其上的固定卡套、通气孔、环形连接头采用整体浇注成形。该仿蛇形的软体机器人结构简单，制作方便，可以实现左右偏航和上下俯仰两个自由度的空间弯曲运动。

技术领域

本发明属于软体机器人技术领域，涉及一种气动驱动仿蛇形软体机器人。

背景技术

软体机器人的出现和快速发展为人机交互和复杂特种环境下传统机器人难以克服的安全性和灵活性等问题提供了新的解决思路。软体机器人主要以硅橡胶、水凝胶等软质材料作为本体，其运动主要依靠机器人本身的变形实现，因而具有内在的高度灵活性、良好顺应性、出色的适应性和自然安全的可交互性。软体机器人从驱动方式上分为绳拉驱动、气动或者液压驱动、智能材料驱动、化学反应驱动等，而气动软体机器人则最早被应用于软体机器人的设计中，并且由于其重量轻、效率高、无污染、环境适应强等特点一直受到研究者的广泛关注和研究。狭长臂式结构的软体机器人在介入手术、灾难救援、狭小制造空间检测等领域具有较好的应用前景，但同时也是软体机器人设计与制造的技术难点。

软体机器人最为核心和基本的关键技术就是软体驱动器，钟国梁等人在申请号为CN201910308264.6的中国发明专利中公开了“一种变刚度软体蛇形臂”，它包括若干节可拆卸连接为一体的刚柔单元，刚柔单元包括刚性端板、软体气动人工肌肉群、超弹性多杆机构和限位隔板，能够实现柔顺弯曲运动能力。但是，该装置只能实现单方向的运动，灵活性不够高。王贺升等人在申请号为CN201610153942.2的中国发明专利中公开了“一种气动多囊式软体机器人”，能够实现曲面的爬行等运动，但对于运动的方向控制性较差。

发明内容

本发明针对现有技术软体机器人存在的问题，发明了一种气动驱动仿蛇形软体机器人。该装置具有仿蛇形的狭长结构，可实现超冗余自由度的灵活动作。机器人本体采用硅橡胶一类软弹性材料浇铸制造而成；设计基于塑性材料(尼龙、PLA等)的连接环结构，实现仿蛇形软体机器人的径向变形约束，气囊致动器连接及致动器气路转接。设计了一种可轴向膨胀分布式波纹气囊致动器结构，实现仿蛇形软体机器人在空间中的灵活弯曲运动，运动性能良好。结构紧凑，成本低。

本发明采用的技术方案是一种气动驱动仿蛇形软体机器人，它由仿蛇形软体机器人本体1、波纹式气囊致动器2、连接环3、气动快速插拔接口4、连接气管5组成。

所述的仿蛇形软体机器人本体1是由硅胶材料组成的柱状弹性体，其沿轴向方向加工有三排连接孔101，每排有M个，且三排连接孔沿圆周方向呈120度分布；

所述波纹式气囊致动器2由可伸缩的波纹状气腔201和进气管202构成；进气管202在波纹状气腔201侧面；进气管202安装在机器人本体1的连接孔101中，波纹式气囊致动器2用于控制仿蛇形软体机器人本体1左右偏航和上下俯仰两个方向上的弯曲运动；

所述连接环3主体形状为环形，环形上有呈120度布置的三个固定卡套301，每个固定卡套301上有通气孔302和环形连接头303；连接环3与其上的固定卡套301、通气孔302、环形连接头303采用整体浇注成形；连接环3内圈与仿蛇形软体机器人主体1相配合，实现对仿蛇形软体机器人径向的限位；固定卡套301与进气管202配合，防止在进气过程中与波纹式气囊制动器2发生错位，避免进气管202漏气；通气孔302两侧与气动快速插拔接口4相配合；

所述气动快速插拔接口4连接气源与连接环上的通气孔302；实现通气孔302与气源之间的密封，防止气体泄漏；