本發(fā)明涉及機(jī)器人自動(dòng)化控制領(lǐng)域，特別涉及一種仿尺蠖攀爬的氣動(dòng)軟體機(jī)器人。
背景技術(shù)：
：在農(nóng)業(yè)、林業(yè)和建筑業(yè)以及軍事偵察上，機(jī)器人需要應(yīng)對(duì)各種不規(guī)則且復(fù)雜的地理環(huán)境以及高空作業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景中，例如果樹(shù)剪枝、果實(shí)采摘、茶葉和花蜜采集、路燈維修更換、電線架設(shè)檢查等工作。機(jī)器人需要具備較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性才能應(yīng)付各種不同復(fù)雜環(huán)境以進(jìn)行作業(yè)工作。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外研制不少用于攀爬的機(jī)器人系統(tǒng)，主要分為用于爬桿和爬壁兩大類。國(guó)外學(xué)者公布了3dclimber、rise、stickybot等機(jī)器人系統(tǒng)，而國(guó)內(nèi)也相繼研發(fā)出climbot、wallbot等系統(tǒng)，這些剛體攀爬機(jī)器人能夠在一些指定尺寸、形狀或者一定粗糙度、光滑度的壁面進(jìn)行攀爬。傳統(tǒng)剛體機(jī)器人在復(fù)雜以及未知?jiǎng)討B(tài)環(huán)境中進(jìn)行工作時(shí)，由于傳統(tǒng)剛體機(jī)器人本身存在不夠靈活、環(huán)境適應(yīng)性較差、體積笨重以及噪聲大等缺點(diǎn)，因此造成傳統(tǒng)剛體機(jī)器人適應(yīng)能力不強(qiáng)。隨著材料學(xué)等交叉學(xué)科的發(fā)展，軟體機(jī)器人為解決傳統(tǒng)剛體機(jī)器人面對(duì)的技術(shù)問(wèn)題提供了廣闊的空間以及發(fā)展思路。其中，因?yàn)檐涹w機(jī)器人由柔性材料構(gòu)成，理論上具有無(wú)限自由度，能夠呈現(xiàn)出任意的連續(xù)變形。與傳統(tǒng)的剛體攀爬機(jī)器人不同，軟體攀爬機(jī)器人對(duì)不同的環(huán)境中均擁有出色的攀爬能力。其中韓國(guó)首爾大學(xué)使用軟電路板作為軀體，sma彈簧為驅(qū)動(dòng)，從而研制成高集成度的omegabot，其能夠在一定結(jié)構(gòu)化或非結(jié)構(gòu)化攀爬環(huán)境中進(jìn)行攀爬使用，但負(fù)載能力非常小。而美國(guó)科學(xué)家使用軟質(zhì)材料研制出一種多步態(tài)的四足氣動(dòng)爬行機(jī)器人，其能夠抗壓和抗高溫，但爬行速度非常緩慢且只能在平地進(jìn)行爬行。中國(guó)科技大學(xué)研制了一款sma絲驅(qū)動(dòng)的仿海星機(jī)器人，其能夠在水中進(jìn)行游動(dòng)但在陸地上的爬行能力較差。因此，研制一種能適用于平地、桿件環(huán)境并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、爬行速度快以及制造成本低的軟體機(jī)器人是非常必要的。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的主要目的是提出一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制簡(jiǎn)單、動(dòng)作可靠以及適應(yīng)性強(qiáng)仿尺蠖攀爬的氣動(dòng)軟體機(jī)器人，旨在擴(kuò)大軟體機(jī)器人的應(yīng)用范圍。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出的一種仿尺蠖攀爬的氣動(dòng)軟體機(jī)器人，其特征在于，包括彎曲模塊以及與所述彎曲模塊端部相連的夾持模塊；所述彎曲模塊和所述夾持模塊均為上下堆疊的層狀結(jié)構(gòu)，包括可彈性彎曲變形的限制層以及內(nèi)部設(shè)有密封空間且彈性膨脹變形的膨脹層，所述限制層頂面與所述膨脹層底面相連，所述限制層的彈性模量小于所述膨脹層的彈性模量，所述膨脹層表面還設(shè)有充放氣機(jī)構(gòu)與所述膨脹層內(nèi)部通連。優(yōu)選地，所述限制層內(nèi)部設(shè)有彈性模量小于所述膨脹層彈性模量的內(nèi)部限制層。優(yōu)選地，所述內(nèi)部限制層為玻璃纖維層。優(yōu)選地，所述彎曲模塊和/或所述夾持模塊的中部外表面包裹有限形網(wǎng)。優(yōu)選地，所述充放氣機(jī)構(gòu)包括與所述膨脹層內(nèi)部通連的氣管，所述氣管的另一端與氣管接頭相連。優(yōu)選地，所述膨脹層底面和所述限制層頂面粘接相連。優(yōu)選地，所述膨脹層和所述限制層為硅橡膠材質(zhì)或硅膠材質(zhì)。優(yōu)選地，所述彎曲模塊的兩端分別與所述夾持模塊的中部垂直相連。優(yōu)選地，所述彎曲模塊的端部設(shè)有第一搭接塊，所述夾持模塊中部設(shè)有第二搭接塊，所述第一搭接塊和所述第二搭接塊以膠接方式緊密連接。本發(fā)明技術(shù)方案通過(guò)采用通過(guò)在內(nèi)部設(shè)有密封空間且可膨脹變形的膨脹層底部相連有彈性模量相對(duì)較小的限制層，從而使得膨脹層的端部在膨脹變形時(shí)受到限制層的約束而向限制層中心進(jìn)行靠攏，這樣既可實(shí)現(xiàn)兩端的夾持模塊可靠地夾持棒狀物，同時(shí)彎曲模塊彎曲變形或恢復(fù)平直狀態(tài)從而推動(dòng)或拉動(dòng)未處于夾持狀態(tài)的夾持模塊進(jìn)行移動(dòng)。通過(guò)彎曲模塊以及夾持模塊相互配合交替作用，使得本發(fā)明技術(shù)方案的仿尺蠖攀爬的氣動(dòng)軟體機(jī)器人沿著棒狀物或者地面可靠地移動(dòng)。另外，通過(guò)在限制層內(nèi)部設(shè)置彈性量小于膨脹層的內(nèi)部限制層，并且優(yōu)選地，該內(nèi)部限制層為玻璃纖維，這樣使得限制層在整體結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)對(duì)膨脹層進(jìn)行可靠約束變形，膨脹層在膨脹過(guò)程中，膨脹層兩端朝特定方向進(jìn)行變形以保證夾持的可靠性。因?yàn)榕蛎泴拥呐蛎涀冃问茄刂鱾€(gè)方向進(jìn)行膨脹變形，通過(guò)在彎曲模塊和/或夾持模塊的中部外表面包裹限形網(wǎng)，這樣使得膨脹層在膨脹變形時(shí)，膨脹層的端部不會(huì)受到約束，膨脹層端部可靠地向限制層中心靠攏而不會(huì)受限，而膨脹層的中部位置則會(huì)受到限制，以避免膨脹層變形過(guò)大造成破損。本發(fā)明技術(shù)方案中，膨脹層底面和限制層頂面粘接相連，并且膨脹層和限制層可為硅橡膠材質(zhì)或硅膠材質(zhì)。通過(guò)粘接方式使得膨脹層和限制層在變形時(shí)，兩者之間充分接觸且受力較為均勻，限制層對(duì)膨脹層可靠約束。并且膨脹層和限制層可為硅橡膠材質(zhì)或硅膠材質(zhì)，使得限制層對(duì)棒狀物進(jìn)行夾持時(shí)內(nèi)部摩擦力較大，使得氣動(dòng)軟體機(jī)器人可靠地夾緊棒狀物以避免發(fā)生墜落。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明技術(shù)方案氣動(dòng)軟體機(jī)器人具有以下優(yōu)點(diǎn)：1)控制簡(jiǎn)單。本發(fā)明的氣動(dòng)軟體機(jī)器人中，位于端部的夾持模塊以及彎曲模塊只需通過(guò)向其膨脹層充入氣體或者釋放氣體即可完成相應(yīng)的夾持或者彎曲動(dòng)作，以完成夾持或者移動(dòng)的步驟。2)動(dòng)作可靠。通過(guò)在限制層內(nèi)部加入玻璃纖維作為內(nèi)部限制層，使得限制層的彈性模量降低，以使得限制層對(duì)膨脹層的膨脹約束更加可靠，并且彎曲模塊和夾持模塊中部均包裹有限形網(wǎng)，這樣使得膨脹層膨脹過(guò)程中不會(huì)變形過(guò)大造成破損，同時(shí)也保證膨脹層兩端向限制層中部可靠進(jìn)行膨脹變形以對(duì)棒狀物可靠夾持。本發(fā)明技術(shù)方案中的彎曲模塊和夾持模塊均為硅橡膠或硅膠，因此夾持或者與地面的摩擦力都較大，以保證工作過(guò)程的可靠性。3)適應(yīng)性強(qiáng)。本發(fā)明技術(shù)方案的氣動(dòng)軟體機(jī)器人通過(guò)彎曲模塊和夾持模塊交替配合進(jìn)行動(dòng)作，可以適用于樹(shù)枝、桁架等棒狀的結(jié)構(gòu)，或者應(yīng)用于地面進(jìn)行攀爬等動(dòng)作，因此具有較強(qiáng)的適用性。附圖說(shuō)明為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖示出的結(jié)構(gòu)獲得其他的附圖。圖1為本發(fā)明仿尺蠖攀爬的氣動(dòng)軟體機(jī)器人的外形結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明夾持模塊的零件爆炸圖；圖3為本發(fā)明彎曲模塊的零件爆炸圖；圖4為本發(fā)明仿尺蠖攀爬的氣動(dòng)軟體機(jī)器人攀爬棒狀物的過(guò)程示意圖；圖5為本發(fā)明仿尺蠖攀爬的氣動(dòng)軟體機(jī)器人平地爬行的過(guò)程示意圖。附圖標(biāo)號(hào)說(shuō)明：標(biāo)號(hào)名稱標(biāo)號(hào)名稱1彎曲模塊7限制層2夾持模塊8內(nèi)部限制層3限形網(wǎng)9第二搭接塊4氣管10第一搭接塊5氣管接頭11棒狀物6膨脹層本發(fā)明目的的實(shí)現(xiàn)、功能特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)將結(jié)合實(shí)施例，參照附圖做進(jìn)一步說(shuō)明。具體實(shí)施方式下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。需要說(shuō)明，若本發(fā)明實(shí)施例中有涉及方向性指示(諸如上、下、左、右、前、后……)，則該方向性指示僅用于解釋在某一特定姿態(tài)(如附圖所示)下各棒狀物之間的相對(duì)位置關(guān)系、運(yùn)動(dòng)情況等，如果該特定姿態(tài)發(fā)生改變時(shí)，則該方向性指示也相應(yīng)地隨之改變。另外，若本發(fā)明實(shí)施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，則該“第一”、“第二”等的描述僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示其相對(duì)重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括至少一個(gè)該特征。另外，各個(gè)實(shí)施例之間的技術(shù)方案可以相互結(jié)合，但是必須是以本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)為基礎(chǔ)，當(dāng)技術(shù)方案的結(jié)合出現(xiàn)相互矛盾或無(wú)法實(shí)現(xiàn)時(shí)應(yīng)當(dāng)認(rèn)為這種技術(shù)方案的結(jié)合不存在，也不在本發(fā)明要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。本發(fā)明提出一種仿尺蠖攀爬的氣動(dòng)軟體機(jī)器人。請(qǐng)參見(jiàn)圖1至圖3，在本發(fā)明實(shí)施例中，仿尺蠖攀爬的氣動(dòng)軟體機(jī)器人包括彎曲模塊1以及與彎曲模塊1端部相連的夾持模塊2，本發(fā)明實(shí)施例中，彎曲模塊1的兩端分別與夾持模塊2的中部垂直相連，并且彎曲模塊2的端部設(shè)有第一搭接塊10，而夾持模塊2的中部設(shè)有第二搭接塊9，第一搭接塊10和第二搭接塊9以膠接方式緊密連接。本實(shí)施例中，彎曲模塊1和夾持模塊2均為上下堆疊的層狀結(jié)構(gòu)，其中彎曲模塊1以及夾持模塊2在結(jié)構(gòu)設(shè)置上均包括可彈性變形的限制層7以及內(nèi)部設(shè)有密封空間且可彈性膨脹變形的膨脹層6，限制層7頂面與膨脹層6底面相連，并且限制層7的彈性模量小于膨脹層6的彈性模量，同時(shí)膨脹層6表面還設(shè)有充放氣結(jié)構(gòu)與膨脹層6內(nèi)部通連。本發(fā)明實(shí)施例中，限制層7內(nèi)部設(shè)有彈性模量小于膨脹層6彈性模塊的內(nèi)部限制層7，優(yōu)選地，內(nèi)部限制層8為玻璃纖維層。本發(fā)明實(shí)施例中，彎曲模塊1以及夾持模塊1的中部外表面包裹有限形網(wǎng)3。本發(fā)明實(shí)施例中，充放氣機(jī)構(gòu)包括與膨脹層6內(nèi)部通連的氣管4，而氣管4的另一端與氣管接頭5相連。本發(fā)明實(shí)施例中，膨脹層6底面與限制層7頂面以粘接方式相連，并且膨脹層6和限制層7均為硅橡膠材料或硅膠材質(zhì)，而在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，膨脹層6和限制層7為硅膠材料。請(qǐng)參見(jiàn)圖1至圖4，本發(fā)明實(shí)施例的仿尺蠖攀爬的氣動(dòng)軟體機(jī)器人在工作時(shí)，首先通過(guò)機(jī)器人前端的夾持模塊2的氣管接頭5向膨脹層6內(nèi)通入氣體，這樣使得膨脹層6沖入氣體后進(jìn)行彈性膨脹變形，膨脹層6變形時(shí)，膨脹層6表面是整體向外擴(kuò)張。因?yàn)榕c膨脹層6底面相連的限制層7，其彈性模量小于膨脹層6的彈性模量，因此限制層7會(huì)隨著膨脹層6不斷進(jìn)行膨脹而對(duì)膨脹層6兩端拉緊，從而使得膨脹層6的兩端向限制層7中心靠攏，并且膨脹層6整體呈近似c字型結(jié)構(gòu)。隨著膨脹層6的兩端逐漸靠攏，最終使得前端的夾持模塊2將樹(shù)枝、桁架等與彎曲模塊1平行的棒狀物11夾緊。當(dāng)前端的夾持模塊2緊抱棒狀物后，然后繼續(xù)向彎曲模塊1的膨脹層6通入氣體，使得膨脹層6受到限制層約束而向限制層7中部收縮靠攏，彎曲模塊1彎曲收縮從而將后端的夾持模塊2向前端的夾持模塊2靠攏。然后再向后端的夾持模塊2的膨脹層6通入氣體，使得后端的夾持模塊2的膨脹層6受到限制層約束后，后端的夾持模塊2的兩端向中部靠攏以?shī)A緊棒狀物11。當(dāng)后端的夾持模塊2夾緊棒狀物11后，通過(guò)氣管4和氣管接頭5將前端的夾持模塊2以及彎曲模塊1的膨脹層6進(jìn)行放氣，前端的夾持模塊2放氣后松開(kāi)對(duì)棒狀物11的夾持作用力，彎曲模塊1的膨脹層6放氣進(jìn)行回彈，而在彎曲模塊1回彈過(guò)程中，彎曲模塊1將前端的夾持模塊2拉動(dòng)向前，最終使得前端的夾持模塊2被彎曲模塊1向前推動(dòng)一定距離。然后依次對(duì)前端的夾持模塊2的膨脹層6再次充入氣體使得前端的夾持模塊2收縮夾緊棒狀物11，然后需要對(duì)后端的夾持模塊2的膨脹層6則釋放其內(nèi)部氣體，當(dāng)后端的夾持模塊2松開(kāi)對(duì)棒狀物11夾持后，再對(duì)彎曲模塊1的膨脹層6進(jìn)行使其充氣回縮，使得彎曲模塊1帶動(dòng)后端的夾持模塊2朝向前端的夾持模塊2挪動(dòng)一定距離，然后后端的夾持模塊2的膨脹層6再次充氣以?shī)A持棒狀物11，這樣既完成氣動(dòng)軟體機(jī)器人的一次正向移動(dòng)過(guò)程。通過(guò)上述控制過(guò)程，使得氣動(dòng)軟體機(jī)器人沿著棒狀物11一個(gè)方向向前移動(dòng)，其中氣動(dòng)軟體機(jī)器人移動(dòng)過(guò)程近似于尺蠖攀爬過(guò)程，因此使得本發(fā)明技術(shù)方案的氣動(dòng)軟體機(jī)器人可靠地向前移動(dòng)。另外，當(dāng)氣動(dòng)軟體機(jī)器人按照與上述控制過(guò)程的逆向運(yùn)動(dòng)時(shí)，則可實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)軟體機(jī)器人的反向運(yùn)動(dòng)。請(qǐng)參見(jiàn)圖1、圖2、圖3以及圖5，而本實(shí)施例的氣動(dòng)軟體機(jī)器人需要在平地進(jìn)行移動(dòng)時(shí)，首先對(duì)后端的夾持模塊2的膨脹層6進(jìn)行充氣，使其膨脹層6兩端向限制層7靠攏，以使其呈圓拱狀態(tài)，這樣使得后端的夾持模塊2與地面的摩擦力較??；然后對(duì)彎曲模塊1的膨脹層6進(jìn)行充氣，使得彎曲模塊1帶動(dòng)后端的夾持模塊2向前端的夾持模塊2靠攏；然后再對(duì)后端的夾持模塊2的膨脹層6進(jìn)行放氣，使得后端的夾持模塊2的限制層與地面的摩擦力增大，同時(shí)對(duì)前端的夾持模塊2的膨脹層6進(jìn)行充氣，使其呈圓拱狀態(tài)以減小于地面的摩擦力。最后通過(guò)對(duì)彎曲模塊1的膨脹層6進(jìn)行放棄使得彎曲模塊1恢復(fù)平直狀態(tài)時(shí)，在后端的夾持模塊2與地面摩擦力的支撐下，彎曲模塊1推動(dòng)前端的夾持模塊2向前移動(dòng)一定距離，然后再對(duì)前端的夾持模塊2的膨脹層6放氣，這樣前端的夾持模塊2的限制層7則與地面充分接觸。通過(guò)上述的過(guò)程即可完成氣動(dòng)軟體機(jī)器人在平地上的移動(dòng)，另外可以通過(guò)增大后端的夾持模塊2的限制層7與地面的摩擦力，如在限制層7底面增大磨砂面積或者設(shè)置滾花等結(jié)構(gòu)，使得彎曲模塊1帶動(dòng)前端的夾持模塊2向前時(shí)更加可靠。本發(fā)明實(shí)施例中，通過(guò)在內(nèi)部設(shè)有密封空間且可膨脹變形的膨脹層6底部相連有彈性模量相對(duì)較小的限制層7，從而使得膨脹層6的端部在膨脹變形時(shí)受到限制層7的約束而向限制層7中心進(jìn)行靠攏，這樣既可實(shí)現(xiàn)兩端的夾持模塊2可靠地夾持棒狀物11，同時(shí)彎曲模塊1彎曲變形或恢復(fù)平直狀態(tài)從而推動(dòng)或拉動(dòng)未處于夾持狀態(tài)的夾持模塊2進(jìn)行移動(dòng)。通過(guò)彎曲模塊1以及夾持模塊2相互配合交替作用，使得本實(shí)施例的仿尺蠖攀爬的氣動(dòng)軟體機(jī)器人沿著棒狀物11或者地面可靠地移動(dòng)。本發(fā)明實(shí)施例中，通過(guò)在限制層7內(nèi)部設(shè)置彈性量小于膨脹層3的內(nèi)部限制層8，并且優(yōu)選地，該內(nèi)部限制層8為玻璃纖維，這樣使得限制層7在整體結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)對(duì)膨脹層6進(jìn)行可靠約束變形，膨脹層6在膨脹過(guò)程中，膨脹層6兩端朝特定方向進(jìn)行變形以保證夾持的可靠性。本發(fā)明實(shí)施例中，因?yàn)榕蛎泴?的膨脹變形是沿著各個(gè)方向進(jìn)行膨脹變形，通過(guò)在彎曲模塊1和/或夾持模塊2的中部外表面包裹限形網(wǎng)，這樣使得膨脹層6在膨脹變形時(shí)，膨脹層6的端部不會(huì)受到約束，膨脹層6端部可靠地向限制層7中心靠攏而不會(huì)受限，而膨脹層6的中部位置則會(huì)受到限制，以避免膨脹層6變形過(guò)大造成破損。本發(fā)明實(shí)施例中，膨脹層6底面和限制層7頂面粘接相連，并且膨脹層6和限制層7可為硅橡膠材質(zhì)或硅膠材質(zhì)。通過(guò)粘接方式使得膨脹層6和限制層7在變形時(shí)，兩者之間充分接觸且受力較為均勻，限制層7對(duì)膨脹層6可靠約束。并且膨脹層5和限制層7可為硅橡膠材質(zhì)或硅膠材質(zhì)，使得限制層7對(duì)棒狀物11進(jìn)行夾持時(shí)內(nèi)部摩擦力較大，使得氣動(dòng)軟體機(jī)器人可靠地夾緊棒狀物11以避免發(fā)生墜落。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是在本發(fā)明的構(gòu)思下，利用本發(fā)明說(shuō)明書(shū)及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)變換，或直接/間接運(yùn)用在其他相關(guān)的
技術(shù)領(lǐng)域：
均包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)12