一種可變形多用途軟體機器人的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種可變形多用途軟體機器人，包括呈圈狀且軸向中心處設有空腔的彈性殼體，所述空腔內(nèi)設有用于安裝攝像頭及負載的骨架，所述彈性殼體的外側(cè)壁和內(nèi)側(cè)壁之間設有驅(qū)動單元。本發(fā)明能夠連續(xù)變形，方便在非結(jié)構(gòu)化場合應用，且行進和轉(zhuǎn)向靈活。
【專利說明】一種可變形多用途軟體機器人
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于機器人【技術領域】，具體涉及一種可變形多用途軟體機器人。
【背景技術】
[0002]隨著科學技術的不斷發(fā)展，機器人已廣泛應用于社會的各個領域，如工業(yè)、醫(yī)療、農(nóng)業(yè)、軍事和救災等。近年來，地震、礦難等災害時有發(fā)生，嚴重威脅著人類的安全，引起了人們廣泛關注。由于災難發(fā)生后的廢墟下通道狹窄，并存在二次倒塌的危險，施救人員無法深入進行偵察或施救，人們急于探知災難現(xiàn)場的內(nèi)部險情，但又無法接近或者進人災難現(xiàn)場，因此人們開始研制各種用于搜救工作的機器人。
[0003]傳統(tǒng)的機器人驅(qū)動方式，如輪式、腿式以及擺動游走等剛性驅(qū)動機構(gòu)，在某些應用場合下顯示出特有的優(yōu)點，但在管道檢修、醫(yī)療診治、廢墟搜救以及軍事偵察等非結(jié)構(gòu)化環(huán)境應用場合下，由于作業(yè)環(huán)境狹窄、多變并且存在各種未知障礙，因此機器人的自主移動和越障實現(xiàn)相對困難，可能無法到達作業(yè)地點。從自然界無脊椎動物(如海參、烏賊等)能將剛性和柔性機能進行完美融合獲得啟發(fā)，設計基于無脊椎動物特性的軟體機器人成為有望突破仿生機器人研究瓶頸的新方法。軟體機器人主要由彈性基礎材料構(gòu)成，依靠空間上的連續(xù)變形進行運動，理論上具有無限多運動自由度，其末端執(zhí)行器能到達三維作業(yè)空間任意位置點，由于內(nèi)部不含剛性結(jié)構(gòu)，因此在穿越障礙物時，能最大限度地降低沖擊載荷和屈服抗力，減少本體損傷。軟體機器人能夠通過自身形狀變化來適應狹窄、多變的作業(yè)環(huán)境，這使得它們成為在管道檢測、人體醫(yī)療診治、廢墟搜救等非結(jié)構(gòu)化應用場合中的理想選擇。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004](一)要解決的技術問題
[0005]本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種能夠連續(xù)變形，方便在非結(jié)構(gòu)化場合應用，且行進和轉(zhuǎn)向靈活的可變形多用途軟體機器人。
[0006](二)技術方案
[0007]為解決上述技術問題，本發(fā)明所采用的技術方案是:一種可變形多用途軟體機器人，包括呈圈狀且軸向中心處設有空腔的彈性殼體，所述空腔內(nèi)設有用于安裝攝像頭及負載的骨架，所述彈性殼體的外側(cè)壁和內(nèi)側(cè)壁之間設有驅(qū)動單元。
[0008]所述驅(qū)動單元包括若干流體細胞以及對等數(shù)量的驅(qū)動管，所述流體細胞頭尾相連圍成圈狀，所述流體細胞包括細胞壁以及設于細胞壁內(nèi)的不可壓縮流體，所述驅(qū)動管設于流體細胞內(nèi)側(cè)，所述驅(qū)動管跨接于相鄰的兩個流體細胞上，所述驅(qū)動管內(nèi)設有磁流變液、用于促使磁流變液發(fā)生“固-液形態(tài)轉(zhuǎn)換”的微電磁裝置以及用于收發(fā)指令信息及控制微電磁裝置工作的控制器。
[0009]所述驅(qū)動單元設有2組，所述驅(qū)動單元分別設于所述空腔的上下兩側(cè)。
[0010]所述驅(qū)動單元至少設有2組，所述驅(qū)動單元以所述空腔為中心在圓周方向均布。
[0011]所述流體細胞呈扁平狀，包括隆起的中部以及細薄的兩個連接端。[0012]所述驅(qū)動單元的圈狀徑向與彈性殼體的圈狀徑向相垂直。
[0013]所述流體細胞的數(shù)量至少有6個。
[0014](三)有益效果
[0015]本發(fā)明相比較于現(xiàn)有技術，具有如下有益效果:
[0016](I)本發(fā)明根據(jù)無脊椎動物運動的機理特性，利用多單元智能驅(qū)動材料在電磁場作用下的有序“固-液態(tài)形態(tài)轉(zhuǎn)換”，來模擬骨骼產(chǎn)生變體運動的機理，實現(xiàn)驅(qū)動機器人自主移動和柔性越障的目的。本發(fā)明依靠彈性材料空間上的連續(xù)變形進行運動，因此能到達三維作業(yè)空間任意位置點。
[0017](2)本發(fā)明采用磁致流變體的非接觸式驅(qū)動方式實現(xiàn)機器人的驅(qū)動，無需專門的驅(qū)動裝置，有利于減小機器人本體的外形設計尺寸，盡可能小巧靈活。
[0018](3)本發(fā)明采用能實時控制各單元變形的順序和角度，因此能合理分配驅(qū)動力，實現(xiàn)機器人的前進和越障等變體運動。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明的可變形多用途軟體機器人的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖2為本發(fā)明的可變形多用途軟體機器人的流體細胞的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖3為本發(fā)明的可變形多用途軟體機器人的驅(qū)動管的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖4為本發(fā)明的可變形多用途軟體機器人的驅(qū)動單元的運動狀態(tài)圖一。
[0023]圖5為本發(fā)明的可變形多用途軟體機器人的驅(qū)動單元的運動狀態(tài)圖二。
[0024]圖6為本發(fā)明的可變形多用途軟體機器人的驅(qū)動單元的運動狀態(tài)圖三。
【具體實施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步的詳細描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
[0026]如圖1至圖6所示的，一種可變形多用途軟體機器人，包括呈圈狀且軸向中心處設有空腔的彈性殼體1，所述空腔內(nèi)設有用于安裝攝像頭2及負載3的骨架4，所述彈性殼體I的外側(cè)壁和內(nèi)側(cè)壁之間設有驅(qū)動單元。
[0027]所述驅(qū)動單元包括若干流體細胞5以及對等數(shù)量的驅(qū)動管6，所述流體細胞5頭尾相連圍成圈狀，所述流體細胞5包括細胞壁501以及設于細胞壁內(nèi)的不可壓縮流體502,所述驅(qū)動管6設于流體細胞5內(nèi)側(cè)，所述驅(qū)動管6跨接于相鄰的兩個流體細胞上，所述驅(qū)動管6內(nèi)設有磁流變液601、用于促使磁流變液發(fā)生“固-液形態(tài)轉(zhuǎn)換”的微電磁裝置602以及用于收發(fā)指令信息及控制微電磁裝置工作的控制器603。
[0028]所述驅(qū)動單元設有2組，所述驅(qū)動單元分別設于所述空腔的上下兩側(cè)。
[0029]所述驅(qū)動單元至少設有2組，所述驅(qū)動單元以所述空腔為中心在圓周方向均布。
[0030]所述流體細胞5呈扁平狀，包括隆起的中部以及細薄的兩個連接端。
[0031]所述驅(qū)動單元的圈狀徑向與彈性殼體I的圈狀徑向相垂直。
[0032]所述流體細胞5的數(shù)量至少有6個。
[0033]本發(fā)明的可變形多用途軟體機器人的驅(qū)動管腔體內(nèi)填充了磁流變液，在微電磁裝置產(chǎn)生的電磁場作用下，磁流變液中的磁性顆粒被磁化，將延至磁力線的方向排成鏈狀結(jié)構(gòu)，其材料的屈服強度隨著電磁場強度的增加而增加，當撤出磁場后，材料又能立刻恢復原狀，其響應時間只有幾毫秒。
[0034]驅(qū)動管內(nèi)部的微電磁裝置和驅(qū)動管控制器，在接收到上位機的無線控制信號后，微電磁裝置產(chǎn)生電磁場，使得填充在驅(qū)動管腔體內(nèi)的磁流變液發(fā)生“固一液形狀轉(zhuǎn)換”，由于磁流變液體積的膨脹和收縮，促使驅(qū)動管發(fā)生形變，當驅(qū)動管依次發(fā)生形變時，本發(fā)明機器人將發(fā)生移動，達到驅(qū)動目的。
[0035]如圖4至圖6所示的，本發(fā)明的運動規(guī)則如下:首先在微電磁裝置產(chǎn)生的受控電磁場作用下，中部的驅(qū)動管首先發(fā)生“固一液形狀轉(zhuǎn)換”，開始軟化，使得其跨接的兩個流體細胞可以自由旋轉(zhuǎn)；接著，兩端的驅(qū)動管在受控電磁場作用下發(fā)生“液一固形狀轉(zhuǎn)換”，開始硬化，使得其跨接的兩個流體細胞向前移動。
[0036]隨著這些動作的發(fā)生，驅(qū)動單元就可以向前運動一個流體細胞的長度，從而致使彈性殼體的前端外側(cè)壁翻轉(zhuǎn)進去，尾端內(nèi)側(cè)壁翻轉(zhuǎn)出來，使得整個機器人向前運動。
[0037]如圖4至圖6所示的，所述流體細胞和驅(qū)動管分別為6個，當然為了獲得更好的進行平穩(wěn)性和更加平順的運動軌跡，流體細胞和驅(qū)動管個數(shù)可相應增加，變成8、10、12或者更多。
[0038]本發(fā)明可應用于地震搜救、管道檢查、醫(yī)療診斷以及軍事偵察等狹窄的非結(jié)構(gòu)化的作業(yè)環(huán)境，可以連續(xù)形變，能夠在崎嶇地面爬行越障，能夠穿過比自身高度小的狹窄的結(jié)構(gòu)。
[0039]當然，以上僅是本發(fā)明的具體應用范例，對本發(fā)明的保護范圍不構(gòu)成任何限制。除上述實施例外，本發(fā)明還可以有其它實施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術方案，均落在本發(fā)明所要求保護的范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種可變形多用途軟體機器人，其特征在于:包括呈圈狀且軸向中心處設有空腔的彈性殼體，所述空腔內(nèi)設有用于安裝攝像頭及負載的骨架，所述彈性殼體的外側(cè)壁和內(nèi)側(cè)壁之間設有驅(qū)動單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變形多用途軟體機器人，其特征在于:所述驅(qū)動單元包括若干流體細胞以及對等數(shù)量的驅(qū)動管，所述流體細胞頭尾相連圍成圈狀，所述流體細胞包括細胞壁以及設于細胞壁內(nèi)的不可壓縮流體，所述驅(qū)動管設于流體細胞內(nèi)側(cè)，所述驅(qū)動管跨接于相鄰的兩個流體細胞上，所述驅(qū)動管內(nèi)設有磁流變液、用于促使磁流變液發(fā)生“固-液形態(tài)轉(zhuǎn)換”的微電磁裝置以及用于收發(fā)指令信息及控制微電磁裝置工作的控制器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可變形多用途軟體機器人，其特征在于:所述驅(qū)動單元設有2組，所述驅(qū)動單元分別設于所述空腔的上下兩側(cè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可變形多用途軟體機器人，其特征在于:所述驅(qū)動單元至少設有2組，所述驅(qū)動單元以所述空腔為中心在圓周方向均布。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的可變形多用途軟體機器人，其特征在于:所述流體細胞呈扁平狀，包括隆起的中部以及細薄的兩個連接端。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的可變形多用途軟體機器人，其特征在于:所述驅(qū)動單元的圈狀徑向與彈性殼體的圈狀徑向相垂直。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可變形多用途軟體機器人，其特征在于:所述流體細胞的數(shù)量至少有6個。
【文檔編號】B62D57/02GK103434582SQ201310351021
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月11日
【發(fā)明者】林佳杰 申請人:林佳杰