一種具有多種運(yùn)動(dòng)形式的軟體機(jī)器人模塊的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種充氣/液式軟體機(jī)器人，具體涉及一種可以通過(guò)充氣或充液驅(qū)動(dòng) 軟體機(jī)器人在工作空間內(nèi)完成彎曲、伸長(zhǎng)、扭轉(zhuǎn)等多個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)的軟體機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002] 機(jī)器人技術(shù)已廣泛應(yīng)用于軍事、工業(yè)、科學(xué)探測(cè)等諸多領(lǐng)域。近年來(lái)，隨著新材料 與快速加工制造技術(shù)的發(fā)展，軟體機(jī)器人技術(shù)已成為機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。軟體機(jī) 器人技術(shù)涉及仿生學(xué)，軟物質(zhì)學(xué)和機(jī)器人學(xué)等學(xué)科，與傳統(tǒng)的剛性機(jī)器人相比，具有多方面 優(yōu)勢(shì):在理論上具有無(wú)限多個(gè)自由度，不需要復(fù)雜的機(jī)構(gòu)，易實(shí)現(xiàn)多功能性;能夠通過(guò)變形 更好地適應(yīng)未知或復(fù)雜非結(jié)構(gòu)化作業(yè)環(huán)境;與作業(yè)對(duì)象之間為柔性接觸，能夠操作形狀復(fù) 雜各異的物體，對(duì)自身與操作對(duì)象的損傷很小等，在物理輔助醫(yī)療康復(fù)，微創(chuàng)手術(shù)，復(fù)雜環(huán) 境搜索與探測(cè)等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0003] 目前，軟體機(jī)器人研究主要借助于智能材料(如:超彈性硅橡膠材料、SMA形狀記憶 合金、電活性聚合物DEA等)和新型驅(qū)動(dòng)技術(shù)(如:氣動(dòng)、液壓、磁流變、電致伸縮等），開發(fā)具 有充分柔順性、適應(yīng)性、超冗余性的軟體機(jī)器人。哈佛大學(xué)生物仿生實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)的內(nèi)嵌氣囊 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的氣動(dòng)致動(dòng)器，通過(guò)應(yīng)變限制層限制單向變形，只能實(shí)現(xiàn)一個(gè)方向的彎曲運(yùn)動(dòng)，其 運(yùn)動(dòng)形式單一，所能到達(dá)的運(yùn)動(dòng)空間有限。中國(guó)專利CN202910862U公開了"一種軟體機(jī)器 人"，在軀干部?jī)?nèi)周向上設(shè)置四條通道，在通道內(nèi)沿軸向嵌入微分磁性剛性單元，通過(guò)控制 該剛性單元實(shí)現(xiàn)整體的彎曲和蠕動(dòng)。該形式的軟體機(jī)器人含有剛性零部件，并不是真正意 義上的軟體，而且其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明為解決現(xiàn)有軟體機(jī)器人含有剛性零部件，不是真正的軟體機(jī)器人，而且其 結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造困難、運(yùn)動(dòng)形式單一等問(wèn)題，而提供一種具有多種運(yùn)動(dòng)形式的軟體機(jī)器人模 塊。
[0005] 本發(fā)明的一種具有多種運(yùn)動(dòng)形式的軟體機(jī)器人模塊包括彈性主體、三個(gè)通氣管和 數(shù)個(gè)約束圈，所述彈性主體為圓柱形，數(shù)個(gè)約束圈等間隔布置在彈性主體的軸向方向，約束 圈的內(nèi)圈與彈性主體外圓柱面配合，所述彈性主體的前端面設(shè)有定位孔和兩個(gè)弧形連接 槽，兩個(gè)弧形連接槽以彈性主體的軸心線對(duì)稱設(shè)置，彈性主體內(nèi)設(shè)有三個(gè)驅(qū)動(dòng)內(nèi)腔，三個(gè)驅(qū) 動(dòng)內(nèi)腔沿同一圓周均布設(shè)置，每個(gè)驅(qū)動(dòng)內(nèi)腔一端封閉、另一端與通氣管連通，且通氣管位于 彈性主體的前端面。
[0006] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果：
[0007] -、本發(fā)明的運(yùn)動(dòng)原理為"差應(yīng)變效應(yīng)"，即實(shí)體中不同材料層間應(yīng)力不同導(dǎo)致產(chǎn) 生應(yīng)變差時(shí)，實(shí)體會(huì)從大應(yīng)變的一側(cè)向小應(yīng)變一側(cè)彎曲變形。本發(fā)明軟體機(jī)器人模塊設(shè)計(jì) 了三個(gè)驅(qū)動(dòng)內(nèi)腔，通過(guò)周向均勻配置的三個(gè)驅(qū)動(dòng)內(nèi)腔的彎曲變形配合，可以實(shí)現(xiàn)全方向彎 曲運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明的軟體機(jī)器人采用超彈性硅膠材料制成，不含任何剛性零部件，可以承受極 大的擠壓力。本發(fā)明采用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)嵌入式內(nèi)腔，通過(guò)不同內(nèi)腔的膨脹變形實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在空 間中各向彎曲、線性伸長(zhǎng)和扭轉(zhuǎn)等多種運(yùn)動(dòng)形式。
[0008] 二、本發(fā)明的軟體機(jī)器人總重約13.9g，自重輕且結(jié)構(gòu)小巧易于加工制造?？奢p松 實(shí)現(xiàn)工作空間內(nèi)彎曲、伸長(zhǎng)、扭轉(zhuǎn)等多種形式的運(yùn)動(dòng)，能到達(dá)三維作業(yè)空間任意位置點(diǎn)，動(dòng) 作執(zhí)彳丁效率尚，驅(qū)動(dòng)尚效。
[0009] 三、本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于制造。
【附圖說(shuō)明】
[0010] 圖1是本發(fā)明的一種具有多種運(yùn)動(dòng)形式的軟體機(jī)器人模塊的整體結(jié)構(gòu)主視圖；
[0011] 圖2是圖1的右視圖；
[0012]圖3是圖1的左視圖；
[0013]圖4是圖3的A-A旋轉(zhuǎn)剖視圖；
[0014] 圖5是圖4的B-B截面視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]【具體實(shí)施方式】一:結(jié)合圖1~圖5說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式包括彈性主體4、三 個(gè)通氣管1和數(shù)個(gè)約束圈3,所述彈性主體4為圓柱形，數(shù)個(gè)約束圈3等間隔布置在彈性主體4 的軸向方向，約束圈3的內(nèi)圈與彈性主體4外圓柱面配合，所述彈性主體4的前端面5設(shè)有定 位孔6和兩個(gè)弧形連接槽7，兩個(gè)弧形連接槽7以彈性主體4的軸心線對(duì)稱設(shè)置，弧形連接槽7 用于相鄰軟體機(jī)器人模塊的連接，定位孔6用于相鄰軟體機(jī)器人模塊的定位，彈性主體4內(nèi) 設(shè)有三個(gè)驅(qū)動(dòng)內(nèi)腔9,三個(gè)驅(qū)動(dòng)內(nèi)腔9沿同一圓周均布設(shè)置，每個(gè)驅(qū)動(dòng)內(nèi)腔9 一端封閉、另一 端與通氣管1連通，且通氣管1位于彈性主體4的前端面2,所述彈性主體4和約束圈3均采用 超彈性硅橡膠復(fù)合材料8制成。
【具體實(shí)施方式】 [0016] 二：結(jié)合圖4說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的通氣管1的材料為光敏 樹脂，通過(guò)3D打印加工制成。其它組成及連接關(guān)系與一或二相同。
【具體實(shí)施方式】 [0017] 三:結(jié)合圖5說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的通氣管1與外接氣栗或 液壓栗連接，通氣管1用來(lái)向驅(qū)動(dòng)內(nèi)腔9導(dǎo)入和導(dǎo)出驅(qū)動(dòng)氣壓，通過(guò)三個(gè)驅(qū)動(dòng)內(nèi)腔9變形配合 形成多種形式的運(yùn)動(dòng)。其它組成及連接關(guān)系與二相同。
[0018]【具體實(shí)施方式】四：本實(shí)施方式的外接氣栗的驅(qū)動(dòng)氣壓為〇_55kpa，所述彈性主體4 的彎曲角度為〇-270°。其它組成及連接關(guān)系與【具體實(shí)施方式】三相同。
【具體實(shí)施方式】 [0019] 五:本實(shí)施方式是任意單個(gè)驅(qū)動(dòng)內(nèi)腔9通入氣壓時(shí)，彈性主體4實(shí)現(xiàn) 單向彎曲。其它組成及連接關(guān)系與四相同。
【具體實(shí)施方式】 [0020] 六:本實(shí)施方式是兩個(gè)或三個(gè)驅(qū)動(dòng)內(nèi)腔9通入氣壓，且各驅(qū)動(dòng)內(nèi)腔9 的氣壓大小不同時(shí)，彈性主體4實(shí)現(xiàn)扭轉(zhuǎn)。當(dāng)兩個(gè)或三個(gè)驅(qū)動(dòng)內(nèi)腔9配合工作時(shí)，模塊在任一 橫截面上由于兩個(gè)或三個(gè)驅(qū)動(dòng)內(nèi)腔9的氣壓大小差異，產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)力矩，從而驅(qū)使模塊偏離單 向彎曲方向，通過(guò)控制各個(gè)腔之間的氣壓差，可以驅(qū)動(dòng)模塊到達(dá)運(yùn)動(dòng)空間任意位置。其它組 成及連接關(guān)系與四相同。
[0021 ]【具體實(shí)施方式】七:本實(shí)施方式是三個(gè)驅(qū)動(dòng)內(nèi)腔9同時(shí)通入氣壓，且各驅(qū)動(dòng)內(nèi)腔9的 氣壓大小相同時(shí)，彈性主體4實(shí)現(xiàn)線性伸長(zhǎng)。其它組成及連接關(guān)系與【具體實(shí)施方式】四相同。
【具體實(shí)施方式】 [0022] 八:本實(shí)施方式是外接氣栗的驅(qū)動(dòng)氣壓為15kpa。其它組成及連接關(guān) 系與四相同。
【具體實(shí)施方式】 [0023] 九:本實(shí)施方式是外接氣栗的驅(qū)動(dòng)氣壓為30kpa。其它組成及連接關(guān) 系與四相同。
[0024]【具體實(shí)施方式】十:本實(shí)施方式是外接氣栗的驅(qū)動(dòng)氣壓為40kpa。其它組成及連接關(guān) 系與【具體實(shí)施方式】四相同。
[0025]驅(qū)動(dòng)內(nèi)腔的壓力與彈性主體4的彎曲角度對(duì)應(yīng)值如下表所示：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種具有多種運(yùn)動(dòng)形式的軟體機(jī)器人模塊，其特征在于:所述軟體機(jī)器人模塊包括 彈性主體(4)、三個(gè)通氣管（1)和數(shù)個(gè)約束圈（3)，所述彈性主體(4)為圓柱形，數(shù)個(gè)約束圈 (3)等間隔布置在彈性主體(4)的軸向方向，約束圈（3)的內(nèi)圈與彈性主體(4)外圓柱面配 合，所述彈性主體(4)的前端面(5)設(shè)有定位孔(6)和兩個(gè)弧形連接槽(7)，兩個(gè)弧形連接槽 (7)以彈性主體(4)的軸心線對(duì)稱設(shè)置，彈性主體(4)內(nèi)設(shè)有三個(gè)驅(qū)動(dòng)內(nèi)腔(9)，三個(gè)驅(qū)動(dòng)內(nèi) 腔(9)沿同一圓周均布設(shè)置，每個(gè)驅(qū)動(dòng)內(nèi)腔(9) 一端封閉、另一端與通氣管（1)連通，且通氣 管（1)位于彈性主體(4)的前端面(2)，所述彈性主體(4)和約束圈（3)均采用超彈性硅橡膠 復(fù)合材料(8)制成。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種具有多種運(yùn)動(dòng)形式的軟體機(jī)器人模塊，其特征在于:所述通 氣管（1)的材料為光敏樹脂，通過(guò)3D打印加工制成。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述一種具有多種運(yùn)動(dòng)形式的軟體機(jī)器人模塊，其特征在于:所 述通氣管（1)與外接氣栗或液壓栗連接。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述一種具有多種運(yùn)動(dòng)形式的軟體機(jī)器人模塊，其特征在于:所述外 接氣栗的驅(qū)動(dòng)氣壓為〇_45kpa，所述彈性主體(4)的彎曲角度為0-270°。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述一種具有多種運(yùn)動(dòng)形式的軟體機(jī)器人模塊，其特征在于:任意單 個(gè)驅(qū)動(dòng)內(nèi)腔(9)通入氣壓時(shí)，彈性主體(4)實(shí)現(xiàn)單向彎曲。6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述一種具有多種運(yùn)動(dòng)形式的軟體機(jī)器人模塊，其特征在于:兩個(gè)或 三個(gè)驅(qū)動(dòng)內(nèi)腔(9)通入氣壓，且各驅(qū)動(dòng)內(nèi)腔(9)的氣壓大小不同時(shí)，彈性主體(4)實(shí)現(xiàn)扭轉(zhuǎn)。7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述一種具有多種運(yùn)動(dòng)形式的軟體機(jī)器人模塊，其特征在于:三個(gè)驅(qū) 動(dòng)內(nèi)腔(9)同時(shí)通入氣壓，且各驅(qū)動(dòng)內(nèi)腔(9)的氣壓大小相同時(shí)，彈性主體(4)實(shí)現(xiàn)線性伸 長(zhǎng)。8. 根據(jù)權(quán)利要求4所述一種具有多種運(yùn)動(dòng)形式的軟體機(jī)器人模塊，其特征在于:所述外 接氣栗的驅(qū)動(dòng)氣壓為15kpa。9. 根據(jù)權(quán)利要求4所述一種具有多種運(yùn)動(dòng)形式的軟體機(jī)器人模塊，其特征在于:所述外 接氣栗的驅(qū)動(dòng)氣壓為30kpa。10. 根據(jù)權(quán)利要求4所述一種具有多種運(yùn)動(dòng)形式的軟體機(jī)器人模塊，其特征在于:所述 外接氣栗的驅(qū)動(dòng)氣壓為40kpa。
【專利摘要】一種具有多種運(yùn)動(dòng)形式的軟體機(jī)器人模塊，它涉及一種充氣/液式軟體機(jī)器人，以解決現(xiàn)有軟體機(jī)器人含有剛性零部件，不是真正的軟體機(jī)器人，而且其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造困難、運(yùn)動(dòng)形式單一等問(wèn)題，本發(fā)明包括彈性主體、三個(gè)通氣管和數(shù)個(gè)約束圈，彈性主體為圓柱形，數(shù)個(gè)約束圈等間隔布置在彈性主體的軸向方向，約束圈的內(nèi)圈與彈性主體外圓柱面配合，所述彈性主體的前端面設(shè)有定位孔和兩個(gè)弧形連接槽，兩個(gè)弧形連接槽以彈性主體的軸心線對(duì)稱設(shè)置，彈性主體內(nèi)設(shè)有三個(gè)驅(qū)動(dòng)內(nèi)腔，三個(gè)驅(qū)動(dòng)內(nèi)腔沿同一圓周均布設(shè)置，每個(gè)驅(qū)動(dòng)內(nèi)腔一端封閉、另一端與通氣管連通，且通氣管位于彈性主體的前端面，所述彈性主體和約束圈均采用超彈性硅橡膠復(fù)合材料制成。
【IPC分類】B25J11/00
【公開號(hào)】CN105500383
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610099586
【發(fā)明人】閆繼宏, 張新彬, 董紅兵, 趙杰
【申請(qǐng)人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【公開日】2016年4月20日
【申請(qǐng)日】2016年2月23日