CN117905992B - 一种双向移动的模块化点阵软体机器人及其设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种双向移动的模块化点阵软体机器人及其设计方法，属于机器人领域。该模块化点阵软体机器人可在管道中双向爬行，机器人的壳体结构A、环形连接板A、驱动器A、环形连接板B、壳体结构B、环形连接板C、驱动器B、环形连接板D、壳体结构C依次首尾相连；驱动器A、B还与驱动控制源相连，在驱动控制源的调节下，两个驱动器可以产生轴向伸缩变形。本发明提出的机器人利用多个点阵结构模块与管道间的摩擦力及驱动器的伸缩变形协调配合实现在管道内双向移动，机器人仅依靠两个驱动器就可在管道内双向移动，控制简单，加工效率高；软体机器人主要由软材料组成，具有良好的管道适应能力，且能够在流体管道内执行监测和维护任务。
Description
技术领域
本发明属于机器人领域，涉及一种双向爬行的模块化点阵软体机器人及其设计方法。
背景技术
管道在油气资源开发与输送、化工品生产、高端装备、生物体生命健康等领域发挥着非常重要的作用。在服役过程中，管道可能出现堵塞、腐蚀、破裂等损坏，导致所在系统发生事故，造成重大经济损失、环境污染及人员伤亡等。因此，需要定期对管道进行检查和维护。由于管道尺寸及所处环境等限制，管道爬行机器人已经逐渐成为管道监测和维护过程中一种重要的辅助设备。但是管道内常常有油气、水等介质存在，为机器人执行相关任务带来了困难。
中国发明专利一种流体管道中爬行的软体机器人及其设计方法(ZL202111434936.1)利用点阵结构设计中空软体机器人为机器人在管道内不停输作业提供了解决方法。但是该发明设计的软体机器人在管道中只能单向爬行，在管道内执行任务时，不能往返移动。这不仅不利于提高管道健康监测与维护的效率，而且使管道机器人回收成为一个棘手的问题，限制了机器人的应用范围。因此，提供一种具有双向移动能力的管道爬行点阵软体机器人具有非常重要的意义。
发明内容
针对现有流体管道中爬行的点阵软体机器人(ZL202111434936.1)只能单向移动的缺点，本发明提供一种具有双向移动能力的模块化点阵软体机器人，由多个中空驱动器及点阵结构等模块组成。通过控制多个驱动器的伸缩变形，机器人可在管道内双向移动。
为了实现上述目标，本发明采用的技术方案如下：
一种双向爬行的模块化点阵软体机器人，所述的模块化点阵软体机器人可在管道中双向爬行，所述的模块化点阵软体机器人包括壳体结构A1、壳体结构B2、壳体结构C3、驱动器A40、驱动器B41、环形连接板A50、环形连接板B51、环形连接板C52、环形连接板D53、连接部件A60、连接部件B61和驱动控制源7。所述的壳体结构A1、环形连接板A50、驱动器A40、环形连接板B51、壳体结构B2、环形连接板C52、驱动器B41、环形连接板D53、壳体结构C3依次首尾相连。所述的驱动器A40还通过连接部件A60与驱动控制源7相连，所述的驱动器B41还通过连接部件B61与驱动控制源7相连，驱动控制源7用于驱动驱动器A40和驱动器B41。
所述的壳体结构A1是筒状壳体结构，外壁半径为R1，高度为h1，壁厚为t1，平面展开后是一个平板结构A80。所述的一个平板结构A80是由单胞A90在平面内双向阵列组成。
所述的壳体结构B2是筒状壳体结构，外壁半径为R2，高度为h2，壁厚为t2，平面展开后是一个平板结构B81。所述的一个平板结构B81是由单胞B91在平面内双向阵列组成。
所述的壳体结构C3是筒状壳体结构，外壁半径为R3，高度为h3，壁厚为t3，平面展开后是一个平板结构C82。所述的一个平板结构C82是由单胞C92在平面内双向阵列组成。
进一步的，所述的驱动控制源7为智能电源或真空泵、液压泵等压力调节器。
进一步的，所述的驱动器A40和驱动器B41为中空结构，在驱动控制源7的调节下，结构可以产生轴向伸缩变形。所述的连接部件A60和连接部件B61为硅胶导管或电线等。
进一步的，所述的单胞A90由一个弯折结构A201和由该弯折结构A201沿平面A11/B12镜像得到的另外三个弯折结构组成，其中两个平面A11/B12互相垂直，两个平面为十字形结构布置。所述的弯折结构A201宽度为w1，高度为l1，由两个相同的竖直杆A21、B22和一个倾斜杆A23组成，其中，两个竖直杆A21、B22分别连接倾斜杆A23的两端，且两个竖直杆A21、B22互相平行。竖直杆的高度为l11，宽度为d1/2，倾斜杆与两个竖直杆之间的夹角均为α，倾斜杆的宽度为d1。
进一步的，所述的单胞B91由一个弯折结构B202和由该弯折结构B202沿平面C13/D14镜像得到的另外三个弯折结构组成，其中两个平面C13/D14互相垂直，两个平面为十字形结构布置。所述的弯折结构B202宽度为w2，高度为l2，由两个相同的竖直杆C24、D25和一个倾斜杆B26组成，其中，两个竖直杆C24、D25分别连接倾斜杆B26的两端，且两个竖直杆C24、D25互相平行。竖直杆的高度为l22，宽度为d2/2，倾斜杆与两个竖直杆之间的夹角均为β，倾斜杆的宽度为d2。
进一步的，所述的单胞C92由一个弯折结构C203和由该弯折结构C203沿平面E15/F16镜像得到的另外三个弯折结构组成，其中两个平面E15/F16互相垂直，两个平面为十字形结构布置。所述的弯折结构C203宽度为w3，高度为l3，由两个相同的竖直杆E27、F28和一个倾斜杆C29组成，其中，两个竖直杆E27、F28分别连接倾斜杆C29的两端，且两个竖直杆E27、F28互相平行。竖直杆的高度为l33，宽度为d3/2，倾斜杆与两个竖直杆之间的夹角均为γ，倾斜杆的宽度为d3。
所述的单胞A90、单胞B91和单胞C92仅是实现功能的其中一种构型。
进一步的，所述的壳体结构A1、壳体结构B2和壳体结构C3可选用TPU等材料。针对所述的材料，所述的壳体结构A1、壳体结构B2和壳体结构C3可通过铸造、激光切割或3D打印等技术制造。
一种双向移动的模块化点阵软体机器人的设计方法，包括以下步骤：
S1，选择一个单胞A90组成壳体结构A1，选择一个单胞B91组成壳体结构B2，选择一个单胞C92组成壳体结构C3。
S2，将壳体结构A1、壳体结构B2、壳体结构C3分别放置在管道100中，壳体结构A1、壳体结构B2、壳体结构C3均与管道100过盈配合，利用数值模拟计算轴向拉伸和压缩时壳体结构A1、壳体结构B2、壳体结构C3在管道100内的滑动摩擦力数值fE1、fC1、fE2、fC2、fE3、fC3，其中，fE1表示轴向拉伸时壳体结构A1的滑动摩擦力，fC1表示轴向压缩时壳体结构A1的滑动摩擦力，fE2表示轴向拉伸时壳体结构B2的滑动摩擦力，fC2表示轴向压缩时壳体结构B2的滑动摩擦力，fE3表示轴向拉伸时壳体结构C3的滑动摩擦力，fC3表示轴向压缩时壳体结构C3的滑动摩擦力。将壳体结构A1和壳体结构B2合并成一个结构放置在管道100中，在壳体结构B2的一端施加拉伸和压缩载荷直至滑动，利用数值模拟计算轴向拉伸时的滑动摩擦力fE4和轴向压缩时的滑动摩擦力fC4。将壳体结构B2和壳体结构C3合并成一个结构放置在管道100中，在壳体结构B2的一端施加拉伸和压缩载荷直至滑动，利用数值模拟计算轴向拉伸时的滑动摩擦力fE5和轴向压缩时的滑动摩擦力fC5。
S3，比较滑动摩擦力fE1、fC1、fE2、fC2、fE3、fC3、fE4、fC4、fE5、fC5，若同时满足fE2>fE1、fC2<fC1、fE2>fE3、fC2<fC3、fC4>fC3、fC5>fC1，则设计满足要求。若同时满足fE2<fE1、fC2>fC1、fE2<fE3、fC2>fC3、fE4>fE3、fE5>fE1，则设计也满足要求。
进一步的，若摩擦力不满足上述条件，调整壳体结构A1、壳体结构B2、壳体结构C3的几何参数R1、h1、t1、R2、h2、t2、R3、h3、t3、α、β、γ、w1、w2、w3、d1、d2、d3，重复步骤S2～S3，直至满足上述条件。
进一步的，所述的步骤S3中的滑动摩擦力满足fE2>fE1、fC2<fC1、fE2>fE3、fC2<fC3、fC4>fC3、fC5>fC1条件时，所述的模块化点阵软体机器人的使用方法是
步骤S1，将驱动器A40、驱动器B41、壳体结构A1、壳体结构B2、壳体结构C3等模块进行组装，放置在管道100中；
步骤S2，通过连接部件A60，驱动控制源7控制驱动器A40轴向收缩，壳体结构A1与壳体结构B2受到轴向拉伸载荷，由于摩擦力满足fE2>fE1，壳体结构B2锚定，壳体结构A1随驱动器收缩向前移动；
步骤S3，断开驱动控制源7与驱动器A40之间的连接，驱动器A40轴向伸长压缩壳体结构B2和壳体结构A1，由于摩擦力满足fC2<fC1，壳体结构A1锚定，壳体结构B2滑动并压缩驱动器B41；
步骤S4，驱动控制源7通过连接部件B61控制驱动器B41轴向收缩，壳体结构B2一端受压一端受拉，随驱动器B41收缩而向前滑动；
步骤S5，保持驱动器B41的轴向收缩状态，驱动控制源7通过连接部件A60控制驱动器A40轴向收缩，壳体结构A1与壳体结构B2受到轴向拉伸载荷，由于摩擦力满足fE2>fE1，壳体结构A1向前移动；
步骤S6，断开驱动控制源7与驱动器B41之间的连接，驱动器B41轴向伸长压缩壳体结构B2和壳体结构C3，壳体结构A1、收缩的驱动器A40和壳体结构B2是一个整体，由于摩擦力满足fC4>fC3，其它部位锚定，壳体结构C3部分随驱动器B41轴向伸长向前滑动；
步骤S7，重复步骤S3～S6，机器人在管道内一直向前爬行；
步骤S8，当机器人处于步骤S6状态时，驱动控制源7通过连接部件B61控制驱动器B41轴向收缩，对壳体结构B2和壳体结构C3施加轴向拉伸载荷，由于摩擦力满足fE2>fE3，壳体结构C3随驱动器收缩而向后移动；
步骤S9，断开驱动控制源7与驱动器A40之间的连接，驱动器A40轴向伸长压缩壳体结构A1与壳体结构B2，壳体结构B2、收缩的驱动器B41和壳体结构C3是一个整体，由于摩擦力满足fC5>fC1，壳体结构A1向后移动；
步骤S10，断开驱动控制源7与驱动器B41之间的连接，驱动器B41轴向伸长压缩壳体结构B2和壳体结构C3，由于摩擦力满足fC2<fC3，壳体结构C3受压锚定，驱动器B41推动壳体结构B2滑动并压缩驱动器A40；
步骤S11，驱动控制源7通过连接部件A60控制驱动器A40轴向收缩，壳体结构B2在一端受压的条件下进一步受到拉伸载荷，壳体结构B2向后移动；
步骤S12，保持驱动器A40的轴向收缩状态，驱动控制源7通过连接部件B61控制驱动器B41轴向收缩，由于摩擦力满足fE2>fE3，壳体结构B2锚定，而壳体结构C3向后滑动；
步骤S13，重复步骤S9～S12，机器人在管道中一直向后爬行。
进一步的，所述的步骤S3中滑动摩擦力满足fE2<fE1、fC2>fC1、fE2<fE3、fC2>fC3、fE4>fE3、fE5>fE1条件时，所述的模块化点阵软体机器人的使用方法是
步骤S1，将驱动器A40、驱动器B41、壳体结构A1、壳体结构B2、壳体结构C3等模块进行组装，驱动控制源7通过连接部件A60和连接部件B61使驱动器A40和驱动器B41轴向收缩，保持此状态将机器人放置在管道100中；
步骤S2，断开驱动器A40与驱动控制源7之间的连接，驱动器A40轴向伸长，压缩壳体结构A1与壳体结构B2，由于摩擦力满足fC2>fC1，壳体结构B2锚定，壳体结构A1向后滑动；
步骤S3，驱动控制源7通过连接部件A60控制驱动器A40轴向收缩，同时断开驱动器B41与驱动控制源7之间的连接，驱动器B41轴向伸长，壳体结构B2一端受拉，一端受压，向后移动；
步骤S4，驱动控制源7通过连接部件B61控制驱动器B41轴向收缩，对壳体结构B2和壳体结构C3施加轴向拉伸载荷，壳体结构A1、收缩的驱动器A40和壳体结构B2是一个整体，由于摩擦力满足fE4>fE3，壳体结构C3随驱动器B41轴向收缩而向后移动；
步骤S5，重复步骤S2～S4，机器人在管道内沿一个方向一直爬行；
步骤S6，当机器人结构恢复至步骤S1中状态时，断开驱动器B41与驱动控制源7之间的连接，驱动器B41轴向伸长，对壳体结构B2和壳体结构C3施加轴向压缩载荷，由于摩擦力满足fC2>fC3，壳体结构C3向前移动；
步骤S7，驱动控制源7通过连接部件B61控制驱动器B41轴向收缩，断开驱动器A40与驱动控制源7之间的连接，驱动器A40轴向伸长，壳体结构B2一端受拉，一端受压，向前移动；
步骤S8，驱动控制源7通过连接部件A60控制驱动器A40轴向收缩，对壳体结构A1和壳体结构B2施加轴向拉伸载荷，壳体结构B2、收缩的驱动器B41和壳体结构C3是一个整体，由于摩擦力满足fE5>fE1，壳体结构A1向前移动；
步骤S9，重复步骤S6-S8，机器人在管道内一直向前爬行。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明提出的模块化点阵软体机器人利用多个点阵结构模块与管道间的摩擦力及驱动器的伸缩变形协调配合实现了在管道内双向移动。
(2)本发明提出的模块化点阵软体机器人仅依靠两个驱动器就可在管道内双向移动，控制简单。
(3)本发明提出的模块化点阵软体机器人通过模块化制造，加工效率高。
(4)本发明提出的模块化点阵软体机器人是中空结构，可在流体管道内执行监测和维护任务。
(5)本发明提出的模块化点阵软体机器人主要由软材料组成，具有良好的管道适应能力。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2(a)是壳体结构A1示意图；
图2(b)是壳体结构A1展开后的平板结构示意图；
图2(c)是构成壳体结构A1的一种单胞构型示意图；
图2(d)是单胞中1/4区域的构型图；
图3(a)是壳体结构B2示意图；
图3(b)是壳体结构B2展开后的平板结构示意图；
图3(c)是构成壳体结构B2的一种单胞构型示意图；
图3(d)是单胞中1/4区域的构型图；
图4(a)是壳体结构C4示意图；
图4(b)是壳体结构C4展开后的平板结构示意图；
图4(c)是构成壳体结构C4的一种单胞构型示意图；
图4(d)是单胞中1/4区域的构型图；
图中：1壳体结构A；2壳体结构B；3壳体结构C；7驱动控制源；11平面A；12平面B；13平面C；14平面D；15平面E；16平面F；40驱动器A；41驱动器B；50环形连接板A；51环形连接板B；52环形连接板C；53环形连接板D；60连接部件A；61连接部件B；80平板结构A；81平板结构B；82平板结构C；90单胞A；91单胞B；92单胞C；100管道；201弯折结构A；202弯折结构B；203弯折结构C。
具体实施方式
为了充分说明本发明，下面结合附图和实施例作进一步的详细说明。应当理解的是，这里所述的具体实施例仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。
本发明提供一种具有双向移动能力的管道爬行点阵软体机器人，该点阵软体机器人由多个模块组成，仅依靠两个驱动器就可以在管道内双向爬行。
具体的，如图1所示，对于内径为32mm的圆形管道100，可在其中爬行的点阵软体机器人包括位于后端的壳体结构A1、位于中间的壳体结构B2、位于前端的壳体结构C3、驱动器A40、驱动器B41、环形连接板A50、环形连接板B51、环形连接板C52、环形连接板D53、连接部件A60、连接部件B61和驱动控制源7。壳体结构A1、环形连接板A50、驱动器A40、环形连接板B51、壳体结构B2、环形连接板C52、驱动器B41、环形连接板D53与壳体结构C3依次首位相连。驱动器A40还通过连接部件A60与驱动控制源7相连，驱动器B41还通过连接部件B61与驱动控制源7相连。
如图2所示，壳体结构A1平面展开后为平板结构A80，其是由单胞A90在平面内双向阵列组成。作为优选，如图2(a)所示，筒状壳体结构A1的外壁直径为R1＝16.11mm，高度h1＝54mm，壁厚t1＝1.5mm。如图2(c)所示，单胞A90是由一个弯折结构A201和由弯折结构A201沿十字形布置的平面A11及平面B12镜像得到的另外三个弯折结构组成。如图2(d)所示，弯折结构A201宽度w1＝6.03mm，高度l1＝6.75mm，由两个相同的竖直杆A21、B22和一个倾斜杆A23组成，竖直杆A21和B22的高度l11＝1.81mm，宽度d1/2＝0.75mm，倾斜杆A23和竖直杆A21和B22之间的夹角α＝108.78°，宽度d1＝1.5mm。壳体结构C3的几何参数与壳体结构A1完全一样。
如图3所示，壳体结构B2平面展开后为壳体结构B81，其是由单胞B91在平面内双向阵列组成。作为优选，如图3(a)所示，壳体结构B2的外壁半径R2＝16.11mm，高度h2＝40.5mm，壁厚t2＝1.5mm。如图3(b)所示，单胞B91是由一个弯折结构B202和由弯折结构B202沿十字形布置的平面C13及平面D14镜像得到的另外三个弯折结构组成。如图3(d)所示，弯折结构B202宽度w2＝6.03mm，高度l2＝6.75mm，由两个相同的竖直杆C24、D25和一个倾斜杆B26组成，竖直杆C24和D25的高度l22＝2.90mm，宽度d2/2＝0.75mm，倾斜杆B26和竖直杆C24与D25之间的夹角β＝82.91°，宽度d2＝1.5mm。
作为优选，本实施例中所述的壳体结构A1、壳体结构B2和壳体结构C3选用的是热塑性聚氨酯弹性体TPU材料，采用3D打印技术加工。
本实施例中还提供用于上述软体爬行机器人的设计方法，其详细步骤如下：
步骤S1，数值模拟获得壳体结构A1和壳体结构B2在管道内的滑动摩擦力，具体为：
在有限元模型中，将壳体结构A1放置在管道100中，由于壳体结构A1与管道100之间存在过盈配合，在初始状态下，二者之间存在初始接触压力。在壳体结构A1的一端施加拉伸和压缩载荷直至结构在管道内滑动，计算拉伸时的滑动摩擦力fE1和压缩时的滑动摩擦力fC1。壳体结构B2拉伸时的滑动摩擦力fE2和压缩时的滑动摩擦力fC2的计算过程类似。由于壳体结构C3和A1结构一样，对应的滑动摩擦力数值也一样，即fE3＝fE2，fC3＝fC2。
步骤S2，数值模拟获得合并的壳体结构在管道内的滑动摩擦力，具体为：
将壳体结构A1和壳体结构B2的几何合并，将合并后的结构放置在管道100中，在壳体结构B2的一端施加拉伸和压缩载荷直至结构在管道内滑动，计算拉伸时的滑动摩擦力fE4和压缩时的滑动摩擦力fC4。由于壳体结构C3和A1结构一样，壳体结构C3和壳体结构B2合并后的结构在管道内的滑动摩擦力数值和前者一样，即fE4＝fE5,fC4＝fC5。
步骤S3，检查滑动摩擦力数值是否满足条件：fE2>fE1、fC2<fC1、fE2>fE3、fC2<fC3、fC4>fC3、fC5>fC1。
进一步的，若不满足，改进单胞中的参数α、β、w1、w2、d1、d2及壳体结构的特征参数R1、h1、t1、R2、h2、t2，重复步骤S1～S3直至满足条件。
本实施例中设计的双向移动模块化点阵软体机器人可在内径为32mm的管道100内爬行，具体步骤如下：
步骤S1，将驱动器A40、驱动器B41、壳体结构A1、壳体结构B2、壳体结构C3等模块进行组装，放置在管道100中；
步骤S2，通过连接部件A60，驱动控制源7控制驱动器A40轴向收缩，轴向拉伸壳体结构A1与壳体结构B2，由于拉伸时的滑动摩擦力满足fE2>fE1，，壳体结构B2锚定，壳体结构A1随驱动器收缩向前移动；
步骤S3，断开驱动控制源7与驱动器A40之间的连接，驱动器A40轴向伸长压缩壳体结构B2和壳体结构A1，由于摩擦力满足fC2<fC1，壳体结构A1锚定，壳体结构B2滑动并压缩驱动器B41；
步骤S4，驱动控制源7通过连接部件B61控制驱动器B41轴向收缩，壳体结构B2一端受压一端受拉，随驱动器B41收缩而向前滑动；
步骤S5，保持驱动器B41的轴向收缩状态，驱动控制源7通过连接部件A60控制驱动器A40轴向收缩，壳体结构A1与壳体结构B2受到轴向拉伸载荷，由于摩擦力满足fE2>fE1，壳体结构A1向前移动；
步骤S6，断开驱动控制源7与驱动器B41之间的连接，驱动器B41轴向伸长压缩壳体结构B2和壳体结构C3，壳体结构A1、收缩的驱动器A40和壳体结构B2是一个整体，由于摩擦力满足fC4>fC3，其它部位锚定，壳体结构C3部分随驱动器B41轴向伸长向前滑动；
步骤S7，重复步骤S3～S6，机器人在管道内一直向前爬行；
步骤S8，当机器人处于步骤S6状态时，驱动控制源7通过连接部件B61控制驱动器B41轴向收缩，对壳体结构B2和壳体结构C3施加轴向拉伸载荷，由于摩擦力满足fE2>fE3，壳体结构C3随驱动器收缩而向后移动；
步骤S9，断开驱动控制源7与驱动器A40之间的连接，驱动器A40轴向伸长压缩壳体结构A1与壳体结构B2，壳体结构B2、收缩的驱动器B41和壳体结构C3是一个整体，由于摩擦力满足fC5>fC1，其它部位锚定，壳体结构A1向后移动；
步骤S10，断开驱动控制源7与驱动器B41之间的连接，驱动器B41轴向伸长压缩壳体结构B2和壳体结构C3，由于摩擦力满足fC2<fC3，壳体结构C3受压锚定，驱动器B41推动壳体结构B2滑动并压缩驱动器A40；
步骤S11，驱动控制源7通过连接部件A60控制驱动器A40轴向收缩，壳体结构B2在一端受压的条件下进一步受到拉伸载荷，壳体结构B2向后移动；
步骤S12，保持驱动器A40的轴向收缩状态，驱动控制源7通过连接部件B61控制驱动器B41轴向收缩，由于摩擦力满足fE2>fE3，壳体结构B2锚定，而壳体结构C3向后滑动；步骤S13，重复步骤S9～S12，机器人在管道中一直向后爬行。
以上所述的具体实施例仅用来阐述本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限定。对于本领域内的技术人员，在本发明构思范围内，还可以做出其他变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。
Claims (7)
1.一种双向移动的模块化点阵软体机器人，其特征在于，所述的模块化点阵软体机器人可在管道中双向爬行，所述的模块化点阵软体机器人包括壳体结构A(1)、壳体结构B(2)、壳体结构C(3)、驱动器A(40)、驱动器B(41)、环形连接板A(50)、环形连接板B(51)、环形连接板C(52)、环形连接板D(53)、连接部件A(60)、连接部件B(61)和驱动控制源(7)；所述的壳体结构A(1)、环形连接板A(50)、驱动器A(40)、环形连接板B(51)、壳体结构B(2)、环形连接板C(52)、驱动器B(41)、环形连接板D(53)、壳体结构C(3)依次首尾相连；所述的驱动器A(40)还通过连接部件A(60)与驱动控制源(7)相连，所述的驱动器B(41)还通过连接部件B(61)与驱动控制源(7)相连，驱动器A(40)和驱动器B(41)为中空结构，驱动控制源(7)用于驱动驱动器A(40)和驱动器B(41)产生轴向伸缩变形；
所述的壳体结构A(1)是筒状壳体结构，外壁半径为R1，高度为h1，壁厚为t1，平面展开后是一个平板结构A(80)；所述的一个平板结构A(80)是由单胞A(90)在平面内双向阵列组成；
所述的壳体结构B(2)是筒状壳体结构，外壁半径为R2，高度为h2，壁厚为t2，平面展开后是一个平板结构B(81)；所述的一个平板结构B(81)是由单胞B(91)在平面内双向阵列组成；
所述的壳体结构C(3)是筒状壳体结构，外壁半径为R3，高度为h3，壁厚为t3，平面展开后是一个平板结构C(82)；所述的一个平板结构C(82)是由单胞C(92)在平面内双向阵列组成；
所述的单胞A(90)由一个弯折结构A(201)和由该弯折结构A(201)沿平面A(11)、B(12)镜像得到的另外三个弯折结构组成，其中两个平面A(11)、B(12)互相垂直，两个平面为十字形结构布置；所述的弯折结构A(201)宽度为w1，高度为l1，由两个相同的竖直杆A(21)、B(22)和一个倾斜杆A(23)组成，其中，两个竖直杆A(21)、B(22)分别连接倾斜杆A(23)的两端，且两个竖直杆A(21)、B(22)互相平行；竖直杆的高度为l11，宽度为d1/2，倾斜杆与两个竖直杆之间的夹角均为α，倾斜杆的宽度为d1；
所述的单胞B(91)由一个弯折结构B(202)和由该弯折结构B(202)沿平面C(13)、D(14)镜像得到的另外三个弯折结构组成，其中两个平面C(13)、D(14)互相垂直，两个平面为十字形结构布置；所述的弯折结构B(202)宽度为w2，高度为l2，由两个相同的竖直杆C(24)、D(25)和一个倾斜杆B(26)组成，其中，两个竖直杆C(24)、D(25)分别连接倾斜杆B(26)的两端，且两个竖直杆C(24)、D(25)互相平行；竖直杆的高度为l22，宽度为d2/2，倾斜杆与两个竖直杆之间的夹角均为β，倾斜杆的宽度为d2；
所述的单胞C(92)由一个弯折结构C(203)和由该弯折结构C(203)沿平面E(15)、F(16)镜像得到的另外三个弯折结构组成，其中两个平面E(15)、F(16)互相垂直，两个平面为十字形结构布置；所述的弯折结构C(203)宽度为w3，高度为l3，由两个相同的竖直杆E(27)、F(28)和一个倾斜杆C(29)组成，其中，两个竖直杆E(27)、F(28)分别连接倾斜杆C(29)的两端，且两个竖直杆E(27)、F(28)互相平行；竖直杆的高度为l33，宽度为d3/2，倾斜杆与两个竖直杆之间的夹角均为γ，倾斜杆的宽度为d3；
所述的单胞A(90)、单胞B(91)和单胞C(92)仅是实现功能的其中一种构型。
2.根据权利要求1所述的一种双向移动的模块化点阵软体机器人，其特征在于，所述的驱动控制源(7)为智能电源、真空泵或液压泵。
3.根据权利要求1所述的一种双向移动的模块化点阵软体机器人，其特征在于，所述的连接部件A(60)和连接部件B(61)为硅胶导管或电线。
4.根据权利要求1所述的一种双向移动的模块化点阵软体机器人，其特征在于，所述的壳体结构A(1)、壳体结构B(2)和壳体结构C(3)选用TPU材料。
5.一种权利要求1-4任一所述的双向移动的模块化点阵软体机器人的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，选择一个单胞A(90)组成壳体结构A(1)，选择一个单胞B(91)组成壳体结构B(2)，选择一个单胞C(92)组成壳体结构C(3)；
S2，将壳体结构A(1)、壳体结构B(2)、壳体结构C(3)分别放置在管道(100)中，壳体结构A(1)、壳体结构B(2)、壳体结构C(3)均与管道(100)过盈配合，利用数值模拟计算轴向拉伸和压缩时壳体结构A(1)、壳体结构B(2)、壳体结构C(3)在管道(100)内的滑动摩擦力数值fE1、fC1、fE2、fC2、fE3、fC3，其中，fE1表示轴向拉伸时壳体结构A(1)的滑动摩擦力，fC1表示轴向压缩时壳体结构A(1)的滑动摩擦力，fE2表示轴向拉伸时壳体结构B(2)的滑动摩擦力，fC2表示轴向压缩时壳体结构B(2)的滑动摩擦力，fE3表示轴向拉伸时壳体结构C(3)的滑动摩擦力，fC3表示轴向压缩时壳体结构C(3)的滑动摩擦力；将壳体结构A(1)和壳体结构B(2)合并成一个结构放置在管道(100)中，在壳体结构B(2)的一端施加拉伸和压缩载荷直至滑动，利用数值模拟计算轴向拉伸时的滑动摩擦力fE4和轴向压缩时的滑动摩擦力fC4；将壳体结构B(2)和壳体结构C(3)合并成一个结构放置在管道(100)中，在壳体结构B(2)的一端施加拉伸和压缩载荷直至滑动，利用数值模拟计算轴向拉伸时的滑动摩擦力fE5和轴向压缩时的滑动摩擦力fC5；
S3，比较滑动摩擦力fE1、fC1、fE2、fC2、fE3、fC3、fE4、fC4、fE5、fC5：
S3.1)若同时满足fE2>fE1、fC2<fC1、fE2>fE3、fC2<fC3、fC4>fC3、fC5>fC1，则设计满足要求；
S3.2)若同时满足fE2<fE1、fC2>fC1、fE2<fE3、fC2>fC3、fE4>fE3、fE5>fE1，则设计也满足要求；
S3.3)若摩擦力不满足上述S3.1)、S3.2)的条件，调整壳体结构A(1)、壳体结构B(2)、壳体结构C(3)的几何参数R1、h1、t1、R2、h2、t2、R3、h3、t3、α、β、γ、w1、w2、w3、d1、d2、d3，重复步骤S2～S3，直至满足上述条件。
6.根据权利要求5所述的一种双向移动的模块化点阵软体机器人的设计方法，其特征在于，所述的步骤S3中的滑动摩擦力满足S3.1)中的fE2>fE1、fC2<fC1、fE2>fE3、fC2<fC3、fC4>fC3、fC5>fC1条件时，所述的模块化点阵软体机器人的使用方法是：
步骤S1，将驱动器A(40)、驱动器B(41)、壳体结构A(1)、壳体结构B(2)、壳体结构C(3)进行组装，放置在管道(100)中；
步骤S2，通过连接部件A(60)，驱动控制源(7)控制驱动器A(40)轴向收缩，壳体结构A(1)与壳体结构B(2)受到轴向拉伸载荷，由于摩擦力满足fE2>fE1，壳体结构B(2)锚定，壳体结构A(1)随驱动器收缩向前移动；
步骤S3，断开驱动控制源(7)与驱动器A(40)之间的连接，驱动器A(40)轴向伸长压缩壳体结构B(2)和壳体结构A(1)，由于摩擦力满足fC2<fC1，壳体结构A(1)锚定，壳体结构B(2)滑动并压缩驱动器B(41)；
步骤S4，驱动控制源(7)通过连接部件B(61)控制驱动器B(41)轴向收缩，壳体结构B(2)一端受压一端受拉，随驱动器B(41)收缩而向前滑动；
步骤S5，保持驱动器B(41)的轴向收缩状态，驱动控制源(7)通过连接部件A(60)控制驱动器A(40)轴向收缩，壳体结构A(1)与壳体结构B(2)受到轴向拉伸载荷，由于摩擦力满足fE2>fE1，壳体结构A(1)向前移动；
步骤S6，断开驱动控制源(7)与驱动器B(41)之间的连接，驱动器B(41)轴向伸长压缩壳体结构B(2)和壳体结构C(3)，壳体结构A(1)、收缩的驱动器A(40)和壳体结构B(2)是一个整体，由于摩擦力满足fC4>fC3，其它部位锚定，壳体结构C(3)部分随驱动器B(41)轴向伸长向前滑动；
步骤S7，重复步骤S3～S6，机器人在管道内一直向前爬行；
步骤S8，当机器人处于步骤S6状态时，驱动控制源(7)通过连接部件B(61)控制驱动器B(41)轴向收缩，对壳体结构B(2)和壳体结构C(3)施加轴向拉伸载荷，由于摩擦力满足fE2>fE3，壳体结构C(3)随驱动器收缩而向后移动；
步骤S9，断开驱动控制源(7)与驱动器A(40)之间的连接，驱动器A(40)轴向伸长压缩壳体结构A(1)与壳体结构B(2)，壳体结构B(2)、收缩的驱动器B(41)和壳体结构C(3)是一个整体，由于摩擦力满足fC5>fC1，壳体结构A(1)向后移动；
步骤S10，断开驱动控制源(7)与驱动器B(41)之间的连接，驱动器B(41)轴向伸长压缩壳体结构B(2)和壳体结构C(3)，由于摩擦力满足fC2<fC3，壳体结构C(3)受压锚定，驱动器B(41)推动壳体结构B(2)滑动并压缩驱动器A(40)；
步骤S11，驱动控制源(7)通过连接部件A(60)控制驱动器A(40)轴向收缩，壳体结构B(2)在一端受压的条件下受到拉伸载荷，壳体结构B(2)向后移动；
步骤S12，保持驱动器A(40)的轴向收缩状态，驱动控制源(7)通过连接部件B(61)控制驱动器B(41)轴向收缩，由于摩擦力满足fE2>fE3，壳体结构B(2)锚定，而壳体结构C(3)向后滑动；
步骤S13，重复步骤S9～S12，机器人在管道中一直向后爬行。
7.根据权利要求6所述的一种双向移动的模块化点阵软体机器人的设计方法，其特征在于，所述的步骤S3中的滑动摩擦力满足S3.2)中的所述的步骤S3中滑动摩擦力满足fE2<fE1、fC2>fC1、fE2<fE3、fC2>fC3、fE4>fE3、fE5>fE1条件时，所述的模块化点阵软体机器人的使用方法是
步骤S1，将驱动器A(40)、驱动器B(41)、壳体结构A(1)、壳体结构B(2)、壳体结构C(3)模块进行组装，驱动控制源(7)通过连接部件A(60)和连接部件B(61)使驱动器A(40)和驱动器B(41)轴向收缩，保持此状态将机器人放置在管道(100)中；
步骤S2，断开驱动器A(40)与驱动控制源(7)之间的连接，驱动器A(40)轴向伸长，压缩壳体结构A(1)与壳体结构B(2)，由于摩擦力满足fC2>fC1，壳体结构B(2)锚定，壳体结构A(1)向后滑动；
步骤S3，驱动控制源(7)通过连接部件A(60)控制驱动器A(40)轴向收缩，同时断开驱动器B(41)与驱动控制源(7)之间的连接，驱动器B(41)轴向伸长，壳体结构B(2)一端受拉，一端受压，向后移动；
步骤S4，驱动控制源(7)通过连接部件B(61)控制驱动器B(41)轴向收缩，对壳体结构B(2)和壳体结构C(3)施加轴向拉伸载荷，壳体结构A(1)、收缩的驱动器A(40)和壳体结构B(2)是一个整体，由于摩擦力满足fE4>fE3，壳体结构C(3)随驱动器B(41)轴向收缩而向后移动；
步骤S5，重复步骤S2～S4，机器人在管道内沿一个方向一直爬行；
步骤S6，当机器人结构恢复至步骤S1中状态时，断开驱动器B(41)与驱动控制源(7)之间的连接，驱动器B(41)轴向伸长，对壳体结构B(2)和壳体结构C(3)施加轴向压缩载荷，由于摩擦力满足fC2>fC3，壳体结构C(3)向前移动；
步骤S7，驱动控制源(7)通过连接部件B(61)控制驱动器B(41)轴向收缩，断开驱动器A(40)与驱动控制源(7)之间的连接，驱动器A(40)轴向伸长，壳体结构B(2)一端受拉，一端受压，向前移动；
步骤S8，驱动控制源(7)通过连接部件A(60)控制驱动器A(40)轴向收缩，对壳体结构A(1)和壳体结构B(2)施加轴向拉伸载荷，壳体结构B(2)、收缩的驱动器B(41)和壳体结构C(3)是一个整体，由于摩擦力满足fE5>fE1，壳体结构A(1)向前移动；
步骤S9，重复步骤S6-S8，机器人在管道内一直向前爬行。
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