[发明专利]一种新型气线耦合结构的软体机器人

权利要求书

1.一种新型气线耦合结构的软体机器人，其特征在于，所述软体机器人的主体包括线驱动单元、气驱动单元和耦合单元；

其中，所述线驱动单元的几何结构呈锥形，其尾部预留预定长度的驱动线以连接动力系统；所述气驱动单元包括气动关节，所述气动关节采用折纸结构，并在上下表面开设第一通孔以实现通气以及线驱动单元的走线；所述耦合单元包括多个耦合关节，用于实现所述线驱动单元与所述气驱动单元的耦合。

2.根据权利要求1所述的软体机器人，其特征在于，设计线驱动单元时，通过以下实验探究线驱动单元的缠绕性能与锥度、圆心角切面角度以及长度的关系：

分别采用0、1、2、3、4锥度，80mm长度的线驱动单元缠绕45mm直径的塑料管探究缠绕性能与锥度的关系；其中，锥度是指线驱动单元锥体的底面直径与锥体高度之比；

得到最佳锥度后，分别采用圆心角切面角度为90°、120°、135°、180°，280mm长度的线驱动单元缠绕45mm直径的塑料管探究缠绕性能与圆心角切面角度的关系；

最后分别采用300mm、400mm、460mm、500mm长度，1锥度，120°圆心角切面角度的线驱动单元缠绕45mm直径的塑料管探究缠绕性能与长度的关系；

通过以上实验，对实验结果进行对比后，最终确定线驱动单元采用锥度为1、圆心角切面角度为120°、长度为400mm的尺寸设计。

3.根据权利要求1所述的软体机器人，其特征在于，所述气动关节的单胞参数设为a＝30mm，b＝50mm，壁厚2mm，单胞经横向和纵向的生长形成所述气动关节。

4.根据权利要求1所述的软体机器人，其特征在于，所述耦合单元包括第一耦合关节、第二耦合关节、第三耦合关节；所述第一耦合关节的上部设有第一圆柱体，所述第一圆柱体的中心开设第二通孔，所述第一耦合关节的下部一端开口，并在开口端设置四个螺丝孔；所述第二耦合关节的形状为长方体，

所述长方体上设有四个第三通孔以使螺丝穿过；所述第三耦合关节上设有第二圆柱体，所述第二圆柱体上开设第四通孔和椭圆通孔。

5.根据权利要求4所述的软体机器人，其特征在于，所述第一耦合关节与所述第二耦合关节采用过盈配合的方式连接，并使用螺丝进行紧固；所述第一耦合关节下部开口与所述线驱动单元的尾部相接，所述第一耦合关节上部的第一圆柱体从所述气动关节的下表面插入所述第一通孔；所述第三耦合关节的第二圆柱体从所述气动关节的上表面插入所述第一通孔；

其中，所述第一圆柱体上的第二通孔和所述第二圆柱体上的第四通孔用于所述线驱动单元的走线，所述第二圆柱体上的椭圆通孔用于气管插入。

6.根据权利要求1所述的软体机器人，其特征在于，所述软体机器人通过所述线驱动单元延伸出的驱动线与步进电机相连，所述驱动线缠绕在步进电机的滑轮上，滑轮固定在步进电机的轴上，步进电机连接到二相步进电机驱动器；所述二相步进电机驱动器通过导线连接到树莓派，利用树莓派中的程序控制步进电机的转动带动线驱动单元实现弯曲。

7.根据权利要求1所述的软体机器人，其特征在于，所述气动关节上端组合为一个气管，所述气管通过三通气管接头分别连接吸气泵和呼气泵，所述吸气泵和所述呼气泵均连接调压阀，所述调压阀用于调节空气压力以防止损坏气动关节；所述调压阀通过继电器进行控制，所述继电器通过导线连接到树莓派，利用树莓派中的程序控制继电器，实现吸气泵的吸气和呼气泵的吹气。

8.根据权利要求1所述的软体机器人，其特征在于，所述气动关节为折纸状橡胶，贴合于平台下方，使用热熔胶固定，中部设置第一通孔，用于放置下端线驱动单元的驱动线，所述气动关节下端与所述线驱动单元相接，两者粘合以便协同运动。

9.根据权利要求8所述的软体机器人，其特征在于，所述线驱动单元设计为插入驱动线的触手，触手为白色固态，呈软体状，能够实现变形以及卷曲，整个触手中间设置一个通道以便驱动线进入，触手前端设计一个帽子使驱动线易于打结，以便于承受更大的力。

10.根据权利要求9所述的软体机器人，其特征在于，所述驱动线连接的动力系统包括步进电机，所述步进电机通过树莓派直接控制驱动线的拉力以及拉动时间。