CN109262591B - 一种具有自重构功能的软体模块机器人 - Google Patents

Abstract

一种具有自重构功能的软体模块机器人，它涉及一种软体机器人，它包括驱动主体和两个离合连接体；驱动主体为沿环向均布设置有至少三个气腔的软质主体，延伸于驱动主体两端面的所有气腔端为开口端，每个气腔上连通有一个气孔，驱动主体的两端面分别连接有一个离合连接体。本发明结构简单，设计合理，模块机器人具有运动能力和行为能力，对环境有良好的适应性和对操作人员具有友好性，能够进行仿生运动或完成多种任务。

Description

一种具有自重构功能的软体模块机器人

技术领域

本发明涉及一种软体机器人，具体涉及一种具有自重构功能的软体模块机器人。

背景技术

现有的软体机器人，大部分连接件采用刚性，增大了软体模块重量，由于连接件的重力作用，增大了软体模块的自身弯曲度。同时，大部分软体模块，要通过操作人员参与，才能完成结构变形，无法实现自重构功能。

发明内容

本发明为克服现有技术不足，提供一种结构紧凑、适应性好的具有自重构功能的软体模块机器人。

本发明的技术方案是：

一种具有自重构功能的软体模块机器人，它包括驱动主体和两个离合连接体；

驱动主体为沿周向均布设置有至少三个气腔的软质主体，延伸于驱动主体两端面的所有气腔端为开口端，每个气腔上连通有一个气孔，驱动主体的两端面分别连接有一个离合连接体。

进一步地，离合连接体包括离合体一和离合体二；

离合体一包括壳体一、磁铁一、驱动件一和连接板一；

离合体二包括壳体二、驱动块、磁铁二、驱动件二、连接板二和导气管；

壳体一上设有中心通孔一和绕中心通孔一均匀布置的四个固定凹槽一，固定凹槽一内镶嵌有磁铁一，驱动件一穿过中心通孔一并卡接在固定凹槽一的边缘，驱动件一与连接板一固接；

壳体二上设有中心通孔二和绕中心通孔二均匀布置的四个固定凹槽二和固定凹槽三，相邻两个固定凹槽三之间具有间隙；固定凹槽二和固定凹槽三分别镶嵌有磁铁二，驱动块为带有密闭空腔的驱动块，驱动块布置在中心通孔二内并卡接在固定凹槽二的边缘，每个所述间隙中布置有一个驱动件二，每个驱动件二的一侧与连接板二连接，每个驱动件二的另一侧与驱动块连接，导气管穿过任意一个驱动件二及与该驱动件二连接的连接板二，导气管一端与驱动块的密闭空腔连通，另一端穿出该连接板二，与导气管相邻的一个连接板二与壳体二固接，被固接的连接板二的板面与驱动主体的端面连接，离合体一扣合在离合体二上，驱动件一与驱动块接触，连接板一和连接板二围成一个方形盒体。

进一步地，驱动主体为硅胶材料。

进一步地，驱动件一和连接板一均为硅胶材料。

进一步地，驱动块、驱动件二和连接板二均为硅胶材料。

进一步地，壳体一和壳体二均为硅胶材料。

本发明相比现有技术的有益效果是

1、单个模块机器人的离合连接体具有磁铁和驱动空腔的驱动块，保证了机器人间的自动连接和断开功能。

2、模块机器人构型具有均一性，可通过自重构，实现多模块机器人的连接，具有运动能力，形成丰富的软体机器人构型。改变构型后形成的软体机器人，具有行为能力，能够进行仿生运动或完成多种任务。

3、机器人采用硅胶材料制成，对环境有良好的适应性和对操作人员具有友好性。

4、所形成的不同构型的软体机器人，通过气动控制，可形成多种运动模式。

附图说明

图1为本发明的整体结构图；

图2为离合体一的内部结构图；

图3为离合体二的内部结构图；

图4为壳体一和磁铁一布置关系的结构图；

图5为壳体一的结构图；

图6为驱动件一和连接板一连接关系示意图；

图7为离合体二的外部结构图；

图8为壳体二的结构图；

图9为驱动块的结构图；

图10为驱动块的断面图；

图11为驱动件二、连接板二和导气管连接关系示意图；

图12为驱动主体的结构图；

图13为图12的侧视图；

图14为多个软体模块机器人相互连接构成的不同构型机器人的示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

参见图1、图12和图13所示，一种具有自重构功能的软体模块机器人，它包括驱动主体2和两个离合连接体1；

驱动主体2为沿周向均布设置有至少三个气腔20的软质主体，延伸于驱动主体2两端面的所有气腔端为开口端，每个气腔20上连通有一个气孔21，驱动主体2的两端面分别连接有一个离合连接体1。

较佳地，参见图2-图11所示，离合连接体1包括离合体一11和离合体二12；

离合体一11包括壳体一116、磁铁一117、驱动件一119和连接板一110；

离合体二12包括壳体二121、驱动块122、磁铁二127、驱动件二129、连接板二126和导气管124；

壳体一116上设有中心通孔一1161和绕中心通孔一1161均匀布置的四个固定凹槽一1162，固定凹槽一1162内镶嵌有磁铁一117，驱动件一119穿过中心通孔一1161并卡接在固定凹槽一1162的边缘，驱动件一119与连接板一110固接；

壳体二121上设有中心通孔二1211和绕中心通孔二1211均匀布置的四个固定凹槽二1212和固定凹槽三1213，相邻两个固定凹槽三1213之间具有间隙；固定凹槽二1212和固定凹槽三1213分别镶嵌有磁铁二127，驱动块122为带有密闭空腔1221的驱动块，驱动块122布置在中心通孔二1211内并卡接在固定凹槽二1212的边缘，每个所述间隙中布置有一个驱动件二129，每个驱动件二129的一侧与连接板二126连接，每个驱动件二129的另一侧与驱动块122连接，导气管124穿过任意一个驱动件二129及与该驱动件二129连接的连接板二126，导气管124一端与驱动块122的密闭空腔连通，另一端穿出该连接板二126，与导气管124相邻的一个连接板二126与壳体二121固接，被固接的连接板二126的板面与驱动主体2的端面连接，离合体一11扣合在离合体二12上，驱动件一119与驱动块122接触，连接板一110和连接板二126围成一个方形盒体。方向盒体较佳选择正方形盒体。

较佳地，参见图5和图8所示，固定凹槽一1162和固定凹槽二1212横向布置，固定凹槽三1213竖向布置。

较佳地，驱动主体2为硅胶材料。驱动件一119和连接板一110均为硅胶材料。

较佳地，驱动件一119和连接板一110由3D打印一体制成。

较佳地，驱动块122、驱动件二129和连接板二126均为硅胶材料。

较佳地，壳体一116和壳体二121均为硅胶材料。

较佳地，驱动件二129及连接板二126分别与导气管124通过硅胶粘接剂连接。

较佳地，如图1所示，被固接的连接板二126的板面与驱动主体2的端面粘接。

上述方案中，突破了刚性研制，离合连接体1主要部件采用软体材料，降低了连接件质量，大幅度减少了软体模块机器人自身弯曲度。同时，离合连接体1能够保证良好的连接与断开功能，保证了自重构功能的实现。离合体一11扣合在离合体二12上，离合体一11的驱动件一119与离合体二12中的驱动块122通过硅胶粘接。

壳体一116的四个横向布置的固定凹槽一1162为圆柱面，磁铁一117布置在该固定凹槽一1162内，弦高高于径向磁铁一117，使得磁铁一117能够安装至固定凹槽一117不掉出并且能够在该固定凹槽一117中自由转动。其中驱动件一119和连接板110一均可采用3D硅胶打印技术打印，固定方式采用硅胶粘接剂，并且驱动件一119和连接板一在受外力驱动下可延壳体一116做直线运动。

壳体二121的四个横向布置的固定凹槽二1212和四个竖向布置的固定凹槽三1213为圆柱面，分别布置对应结构的磁铁二127，磁铁二127可以在固定凹槽二1212和固定凹槽1213中自由转动不掉落。驱动块122为一个带有密闭空腔的驱动块，导气管124、驱动件二129及连接板二126均为硅胶材料，驱动件二129和连接板二126具有导气管通道，采用硅胶粘结剂与导气管124固定连接，导气管124与密闭空腔1221相通。驱动主体2的材质为硅胶材料，具有三个气腔20和三个气孔21，气腔20和气孔21一一对应向连通，当给气孔21供气时，驱动主体2产生弯曲。

将两个离合连接体1和一个驱动主体2采用硅胶粘结剂构成，两个离合连接体1对中固定，构成如图1所示的构型，以图1所示的构型为基本模块机器人单元，多个上述模块机器人通过弯曲运动和离合连接体1的配合，可构成多种构型，如图14所示，多个模块机器人相互连接构成的机器人通过相邻的离合连接体1中的磁铁相互吸引而连接在一起，当给导气管124通气时，驱动块122内的密闭空腔1221受压体积增大，带动驱动块122扩展运动，进而带动与其连接的驱动件二129向外运动，克服磁铁的吸力，实现相邻连接的两个离合连接体1分离，泄气后，驱动块122内的密闭空腔1221恢复原状，拉动驱动件二129向中心靠拢，恢复原位。对不同构型的驱动主体2进行供气，可以使得软体模块机器人构成的不同软体机器人产生不同的运动模式。本实施方式的软体模块机器人及其组成的不同构型软体机器人，具有柔软的躯体，能够更好被柔顺控制，模拟模仿自然界中的软体动物多种运动功能，为未来医疗、侦察和探测等多领域提供技术支持。

本发明已以较佳实施案例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可以利用上述揭示的结构及技术内容做出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施案例，但是凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施案例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案范围。

Claims (9)

1.一种具有自重构功能的软体模块机器人，其特征在于：它包括驱动主体(2)和两个离合连接体(1)；

驱动主体(2)为沿周向均布设置有至少三个气腔(20)的软质主体，延伸于驱动主体(2)两端面的所有气腔端为开口端，每个气腔(20)上连通有一个气孔(21)，驱动主体(2)的两端面分别连接有一个离合连接体(1)；

离合连接体(1)包括离合体一(11)和离合体二(12)；

离合体一(11)包括壳体一(116)、磁铁一(117)、驱动件一(119)和连接板一(110)；

离合体二(12)包括壳体二(121)、驱动块(122)、磁铁二(127)、驱动件二(129)、连接板二(126)和导气管(124)；

壳体一(116)上设有中心通孔一(1161)和绕中心通孔一(1161)均匀布置的四个固定凹槽一(1162)，固定凹槽一(1162)内镶嵌有磁铁一(117)，驱动件一(119)穿过中心通孔一(1161)并卡接在固定凹槽一(1162)的边缘，驱动件一(119)与连接板一(110)固接；

壳体二(121)上设有中心通孔二(1211)和绕中心通孔二(1211)均匀布置的四个固定凹槽二(1212)和固定凹槽三(1213)，相邻两个固定凹槽三(1213)之间具有间隙；固定凹槽二(1212)和固定凹槽三(1213)分别镶嵌有磁铁二(127)，驱动块(122)为带有密闭空腔(1221)的驱动块，驱动块(122)布置在中心通孔二(1211)内并卡接在固定凹槽二(1212)的边缘，每个所述间隙中布置有一个驱动件二(129)，每个驱动件二(129)的一侧与连接板二(126)连接，每个驱动件二(129)的另一侧与驱动块(122)连接，导气管(124)穿过任意一个驱动件二(129)及与该驱动件二(129)连接的连接板二(126)，导气管(124)一端与驱动块(122)的密闭空腔连通，另一端穿出该连接板二(126)，与导气管(124)相邻的一个连接板二(126)与壳体二(121)固接，被固接的连接板二(126)的板面与驱动主体(2)的端面连接，离合体一(11)扣合在离合体二(12)上，驱动件一(119)与驱动块(122)接触，连接板一(110)和连接板二(126)围成一个方形盒体。

2.根据权利要求1所述一种具有自重构功能的软体模块机器人，其特征在于：固定凹槽一(1162)和固定凹槽二(1212)横向布置，固定凹槽三(1213)竖向布置。

3.根据权利要求1或2所述一种具有自重构功能的软体模块机器人，其特征在于：驱动主体(2)为硅胶材料。

4.根据权利要求3所述一种具有自重构功能的软体模块机器人，其特征在于：驱动件一(119)和连接板一(110)均为硅胶材料。

5.根据权利要求3所述一种具有自重构功能的软体模块机器人，其特征在于：驱动件一(119)和连接板一(110)由3D打印一体制成。

6.根据权利要求1、2、4或5所述一种具有自重构功能的软体模块机器人，其特征在于：驱动块(122)、驱动件二(129)和连接板二(126)均为硅胶材料。

7.根据权利要求6所述一种具有自重构功能的软体模块机器人，其特征在于：壳体一(116)和壳体二(121)均为硅胶材料。

8.根据权利要求7所述一种具有自重构功能的软体模块机器人，其特征在于：驱动件二(129)及连接板二(126)分别与导气管(124)通过硅胶粘接剂连接。

9.根据权利要求8所述一种具有自重构功能的软体模块机器人，其特征在于：被固接的连接板二(126)的板面与驱动主体(2)的端面粘接。

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