[发明专利]一种可拼装的波动式运动的气动软体机器人结构

说明书

本发明属于软体机器人领域，公开了一种可拼装的波动式运动的气动软体机器人结构。该气动软体机器人结构由多个成对的汽包单元拼装而成的主干躯体，每个汽包单元的结构均相同，且均由多个柔性汽包块组成，在每个柔性汽包块的外侧设置为内凹曲面，其可以充气变形时外部扩张提供有效的驱动力，在每个柔性汽包块上设置有两个气管接口，两个气管接口通过柔性导气管连接三通管件与相邻柔性汽包块的气管接口相连通，任意相邻两个柔性汽包块的气管接口通过双环扣连接件相连接，两侧的多个汽包单元采用单独一路气管线路由气动控制装置提供气源动力，气动控制装置通过对两侧的汽包单元有序进行充气或放气产生持续的驱动力，驱使主干躯体实现波动式运动。

技术领域

本发明属于软体机器人领域，具体涉及为一种可拼装的波动式运动的气动软体机器人结构。

背景技术

随着科学的快速发展，机器人凭借对环境要求不高、可持续作业等优势，逐渐在现实的各方面起到了极其重要的作用，传统刚性机器人精度高、负载大，但是自身对空间环境有一定要求，重量大，易损坏，对复杂地形适应性弱。例如在陆地洞窟探索中会有遇到地下水、狭小缝隙等复杂环境，刚性机器人往往会因为自生材料不可变形等问题使得其在狭小空间内行动不够灵活，因此并不能得到很好的应用。

为了解决上述刚性机器人存在弊端，现在不少研究者设计了各种结构的软体机器人，软体机器人质量轻、对目标形状的适应能力强、与环境接触碰撞力小等优点，很好的弥补了刚性机器人的不足。其中，气动软体机器人有驱动介质可直接取于大气，也可直接排往大气；气体粘度小，在管路中压力损失小；气动元件结构简单等优势，因此在软体机器人领域更为突出。

目前的气动软体机器人驱动方式主要有仿生动物四肢，通过四肢的配合前进，此外还有类似毛毛虫的蠕动，蚯蚓等生物的伸缩前进等驱动方式，在自然界中，动物的驱动方式还有类似蛇类的弯曲运动，如蜗牛腹足的波动式运动，一些海洋生物的鳍做波动式运动借助水产生推力，类似的驱动方式也可运用到软体机器人的设计中。

基于上述仿生设计的软体机器人，我们通过相关关键词检索并检索两篇比较相近似的专利。其一、公布号为CN114619456A的发明专利公开了一种自主爬行的仿生蜗牛软体机器人，该文献公开的仿生蜗牛软体机器人足部为单面锯齿状结构，此结构无法在复杂环境下机器人发生翻转时实现正常作业，切单面的弯曲形变运动在水中、液体环境中表现得动力不足。其二、公布号为CN114619457A的发明专利公开了一种双气道仿生蜗牛软体机器人，该文献提出使用甘油代替蜗牛粘液产生吸附力提高爬行效率，同时设计增加机器人外侧波浪纹来达到增加摩擦系数，提高运动效率，并提高汽包的充气形变大小，以此使整体达到更好的弯曲。

上述两篇公开专利的软件机器人，尽管在爬行结构方面具有不同设计思路，但难以改变自身长度来适应不同环境作业的需求，同时在在狭小通道以及水中驱动能力相对较弱，无法满足海洋等水域科研探索和一些狭小复杂环境探索的苛刻要求。

发明内容

针对上述背景技术中，鳗鱼、蜗牛腹足等生物波动式行走的启发，我们通过对其运动方式进行学习，将该软体机器人各单元汽包可自由拆卸组装，可按实际需要很方便的增加或卸下汽包改变单元长度，以适应环境作业需求，同时，双面波动式的设计，可使得该软体机器人在狭小通道以及水中具有更好的驱动能力。为此，我们设计了一种可拼装的波动式运动的气动软体机器人结构。

为了实现上述软体机器人可以改变自身长度以及具有更为充足的驱动力，本发明采用以下技术方案：一种可拼装的波动式运动的气动软体机器人结构，包括由多个成对的汽包单元拼装而成的主干躯体，每个所述汽包单元的结构均相同，且均由多个柔性汽包块组成，每个所述柔性汽包块之间通过连接管组件进行柔性连接，位于同一侧的多个汽包单元采用单独一路气管线路由气动控制装置提供气源动力，所述气动控制装置通过对两侧的汽包单元有序进行充气或放气，由此使所述主干躯体产生持续的驱动力，进而实现波动式运动。