專利名稱：一種軟體機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于管道檢修、廢墟搜救以及軍事偵察等非結(jié)構(gòu)作業(yè)環(huán)境中的軟體機(jī)器人。
背景技術(shù)：
機(jī)器人已廣泛應(yīng)用于軍事、工業(yè)、科學(xué)探測(cè)等諸多領(lǐng)域。傳統(tǒng)機(jī)器人一般由剛性模塊通過運(yùn)動(dòng)副連接構(gòu)成，所有運(yùn)動(dòng)副的運(yùn)動(dòng)組合形成機(jī)器人末端執(zhí)行器的工作空間，這種機(jī)器人具有運(yùn)動(dòng)精確的優(yōu)點(diǎn)，但結(jié)構(gòu)的剛性使其環(huán)境適應(yīng)性較差，無法通過狹窄或結(jié)構(gòu)復(fù)雜的空間。軟體機(jī)器人是仿生機(jī)器人研究的延續(xù)，模仿自然界中的軟體動(dòng)物，具有無限多自由度和連續(xù)變形能力，可在大范圍內(nèi)任意改變自身形狀和尺寸。由于其出色的靈活性和適 應(yīng)性，在軍事、探測(cè)、醫(yī)療等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。哈佛大學(xué)的懷特賽德斯團(tuán)隊(duì)發(fā)明的軟體機(jī)器人采用軟光刻技術(shù)制成，這種技術(shù)雖然具有很高的分辨率，但是在批量化生產(chǎn)之前成本比較高，同時(shí)需要借助空氣前行，當(dāng)空氣注入四肢后，具有彈性的腔體會(huì)像氣球一樣擴(kuò)張，而腔體材料卻不舒展而四肢蜷縮。當(dāng)彎曲時(shí)，借助肢體與周圍摩擦力作用產(chǎn)生的橫向推力，整個(gè)身體可以不斷向前推進(jìn)。這種空氣驅(qū)動(dòng)方式容易出現(xiàn)氣壓不穩(wěn)定，而且由于路面情況的不同造成肢體與其作用產(chǎn)生的橫向推力也有很大的差異。中國專利CN201010129066. 2公開了 “一種搜救機(jī)器人”，其包括基體、中間骨架、電機(jī)、PVC管、攝像機(jī)和光源模塊等。由于需要通過電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)來驅(qū)使PVC管收縮，從而擠壓基體產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力來驅(qū)動(dòng)機(jī)器人，所以整個(gè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。而且大部分機(jī)器人是有線的，線路的冗余容易影響機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)，而且線路容易受環(huán)境的侵蝕和破壞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種新型軟體機(jī)器人驅(qū)動(dòng)方式，從而使軟體機(jī)器人在非結(jié)構(gòu)作業(yè)環(huán)境中反應(yīng)靈敏,運(yùn)動(dòng)靈活,動(dòng)作迅速。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種軟體機(jī)器人，主要包括基體、微分磁性剛性單元或者微分磁性高分子復(fù)合材料、控制電源和控制電路，所述基體包括頭部、頸部、軀干部、腳和尾部共五個(gè)部分；所述的微分磁性剛性單元或者微分磁性高分子復(fù)合材料是小型片狀結(jié)構(gòu)，類似于將一個(gè)磁條分切成多個(gè)片，即數(shù)學(xué)上的微分概念，故稱作微分磁性剛性單元或者微分磁性高分子復(fù)合材料；在軀干部?jī)?nèi)周向上設(shè)置四條或四條以上通道，在通道內(nèi)沿軸向嵌入數(shù)個(gè)相間隔的微分磁性剛性單元或者微分磁性高分子復(fù)合材料，每個(gè)微分磁性剛性單元或者微分磁性高分子復(fù)合材料都與控制電路連接，利用微分磁性剛性單元或者微分磁性高分子復(fù)合材料通電時(shí)有磁性、斷電時(shí)磁性消失及同級(jí)互相排斥的特點(diǎn)，同時(shí)結(jié)合聚合物材料的彈性，通過控制各通道內(nèi)的微分磁性剛性單元或者微分磁性高分子復(fù)合材料的伸縮量來實(shí)現(xiàn)整體的彎曲和蠕動(dòng)；控制電源用于給控制電路供電，控制電源為小型干電池，內(nèi)置于基體的頭部，頭部與軀干部采用可拆卸連接，需要更換電池時(shí)，打開頭部更換即可；微分磁性剛性單元或者微分磁性高分子復(fù)合材料通過控制電路彼此連接起來，通過基體內(nèi)腔，與頭部的電源相連接?？刂齐娐芬徊糠智度氲杰|干部中，與控制電源連接，使各通道內(nèi)的微分磁性剛性單元或者微分磁性高分子復(fù)合材料分別伸縮，不同通道內(nèi)的微分磁性剛性單元或者微分磁性高分子復(fù)合材料伸縮不同使基體彎曲，由伸縮和彎曲帶動(dòng)基體運(yùn)動(dòng)，控制電路另有一部分在軀干部以外，是無線遙控部分，通過遙控部分向軀干部的控制電路發(fā)出的指令控制基體的運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明一 種軟體機(jī)器人所用的基體材料為聚氨酯(TPU)、熱塑性彈性體(TPE)、熱塑性硫化膠(TPV)、橡膠(RB)或乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)等高彈性高分子材料，這些材料具有良好的彈性和成型加工性。利用這些特點(diǎn)，易于加工成本發(fā)明所需的形狀，同時(shí)還可以配合微分磁性剛性單元或者微分磁性高分子復(fù)合材料完成驅(qū)動(dòng)動(dòng)作，在大部分的應(yīng)用環(huán)境中性能保持穩(wěn)定，在控制電路的驅(qū)動(dòng)下靈活運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明一種軟體機(jī)器人所用的控制電源為小型干電池,該電池體積小,容量大,持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，更換方便。本發(fā)明一種軟體機(jī)器人所用的微分磁性剛性單元或者微分磁性高分子復(fù)合材料置于軀干部周向上設(shè)置的通道內(nèi)，彼此同級(jí)相對(duì)，嵌入軀干部材料中，通電時(shí)有磁性，斷電時(shí)磁性消失，可以通過調(diào)節(jié)電流的大小來控制磁性的強(qiáng)弱，進(jìn)而控制聚合物材料變形的大小。本發(fā)明的有益效果是I、本發(fā)明一種軟體機(jī)器人可以任意調(diào)節(jié)軟體機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的快慢和整體的彎曲，可以實(shí)現(xiàn)在非結(jié)構(gòu)環(huán)境作業(yè)下驅(qū)動(dòng)方式穩(wěn)定，動(dòng)作靈敏、連續(xù)。2、本發(fā)明一種軟體機(jī)器人結(jié)構(gòu)小巧靈活，所用的基體材料成型加工性和彈性良好，容易加工成所需要的形狀，同時(shí)可以承受環(huán)境的侵蝕。3、本發(fā)明一種軟體機(jī)器人采用內(nèi)置電源，克服了傳統(tǒng)機(jī)器人必須外接電源的缺點(diǎn)，從而整條電路被包裹在基體內(nèi)，免受環(huán)境的侵蝕和破壞，同時(shí)避免了線路的冗余對(duì)軟體機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的影響。


圖I是本發(fā)明一種軟體機(jī)器人的整體外形圖。圖2是本發(fā)明一種軟體機(jī)器人的軀干部的一節(jié)的橫向剖面放大圖。圖3是本發(fā)明一種軟體機(jī)器人的軀干部的一節(jié)的軸向剖面放大圖。圖中1、頭部，2、頸部，3、軀干部，4、腳，5、尾部，6、基體，7、微分磁性剛性單元或者微分磁性高分子復(fù)合材料，8、基體內(nèi)腔，9、通道，10、控制電路。
具體實(shí)施例方式如圖I所示，本發(fā)明一種軟體機(jī)器人，主要包括基體6、微分磁性剛性單元或者微分磁性高分子復(fù)合材料7、控制電源和控制電路10，所述基體6包括頭部I、頸部2、軀干部3、腳4和尾部5共五個(gè)部分，頭部I和頸部2做成一體，其他部分做成一體,這兩部分再連接起來，這種兩體結(jié)構(gòu)便于更換電池。如圖2 (未顯示控制電路)和圖3所示，在該軟體機(jī)器人的軀干部3的周向上布置四條通道9，在通道9內(nèi)均勻布置微分磁性剛性單元或者微分磁性高分子復(fù)合材料7,同極相對(duì),鑲嵌于基體6中的軀干部3內(nèi)。微分磁性剛性單兀或者微分磁性高分子復(fù)合材料7通過控制電路10彼此連接起來，通過基體內(nèi)腔8，與頭部I的電源相連接?；w6的材料為高彈性高分子材料，該材料具有良好的彈性，當(dāng)開始通電時(shí)，通道9內(nèi)的微分磁性剛性單?；蛘呶⒎执判愿叻肿訌?fù)合材料7具有磁性，由于同極相互排斥,微分磁性剛性單元或者微分磁性高分子復(fù)合材料7相互彼此遠(yuǎn)離，由于基體6材料的彈性，鑲嵌于基體6內(nèi)的微分磁性剛性單元或者微分磁性高分子復(fù)合材料7促使基體6張開，斷電時(shí)，微分磁性剛性單元或者微分磁性高分子復(fù)合材料7磁性消失，排斥作用消失，促使基體6收縮，這樣一張一合，從而帶動(dòng)整個(gè)軟體機(jī)器人運(yùn)動(dòng)。 通過調(diào)節(jié)控制電路10，來控制軟體機(jī)器人整體移動(dòng)的快慢，通過調(diào)節(jié)控制電路10中電流的大小來控制各通道9內(nèi)的伸縮量，通過控制各通道9內(nèi)的伸縮量來實(shí)現(xiàn)基體6整體的彎曲與移動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一種軟體機(jī)器人，其特征在于主要包括基體、微分磁性剛性單元或者微分磁性高分子復(fù)合材料、控制電源和控制電路，所述基體包括頭部、頸部、軀干部、腳和尾部共五個(gè)部分；所述的微分磁性剛性單元或者微分磁性高分子復(fù)合材料是小型片狀結(jié)構(gòu)；在軀干部?jī)?nèi)周向上設(shè)置四條或四條以上通道，在通道內(nèi)沿軸向嵌入數(shù)個(gè)相間隔的微分磁性剛性單元或者微分磁性高分子復(fù)合材料，每個(gè)微分磁性剛性單元或者微分磁性高分子復(fù)合材料都與控制電路連接，利用微分磁性剛性單元或者微分磁性高分子復(fù)合材料通電時(shí)有磁性、斷電時(shí)磁性消失及同級(jí)互相排斥的特點(diǎn)，同時(shí)結(jié)合聚合物材料的彈性，通過控制各通道內(nèi)的微分磁性剛性單元或者微分磁性高分子復(fù)合材料的伸縮量來實(shí)現(xiàn)整體的彎曲和蠕動(dòng)；控制電源用于給控制電路供電，控制電源內(nèi)置于基體的頭部，頭部與軀干部采用可拆卸連接；微分磁性剛性單元或者微分磁性高分子復(fù)合材料通過控制電路彼此連接起來，通過基體內(nèi)腔，與頭部的電源相連接；控制電路一部分嵌入到軀干部中，與控制電源連接，控制電路另有一部分在軀干部以外，是無線遙控部分，通過遙控部分向軀干部的控制電路發(fā)出的指令控制基體的運(yùn)動(dòng)；基體材料采用高彈性高分子材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種軟體機(jī)器人，其特征在于基體材料為聚氨酯、熱塑性彈性體、熱塑性硫化膠、橡膠或乙烯-醋酸乙烯共聚物。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種軟體機(jī)器人，其特征在于控制電源為小型干電池。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種軟體機(jī)器人，可以應(yīng)用于管道檢修、廢墟搜救以及軍事偵察等非結(jié)構(gòu)作業(yè)環(huán)境中。主要包括基體、微分磁性剛性單元或者微分磁性高分子復(fù)合材料、控制電源和控制電路，所述基體包括頭部、頸部、軀干部、腳和尾部共五個(gè)部分；所述的微分磁性剛性單元或者微分磁性高分子復(fù)合材料是小型片狀結(jié)構(gòu)；在軀干部?jī)?nèi)周向上設(shè)置四條或四條以上通道，在通道內(nèi)沿軸向嵌入微分磁性剛性單元或者微分磁性高分子復(fù)合材料，通過控制各通道內(nèi)的微分磁性剛性單元或者微分磁性高分子復(fù)合材料的伸縮量來實(shí)現(xiàn)整體的彎曲和蠕動(dòng)。本發(fā)明一種軟體機(jī)器人采用內(nèi)置電源，整條電路被包裹在基體內(nèi)，免受環(huán)境的侵蝕和破壞，成型加工性和彈性良好，動(dòng)作靈敏、連續(xù)。
文檔編號(hào)B25J11/00GK102922528SQ20121043387
公開日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月2日
發(fā)明者楊衛(wèi)民, 張磊, 吳昌政, 程祥, 何雪濤, 丁玉梅 申請(qǐng)人:北京化工大學(xué)