气压软轴联合驱动的软体救援机器人的制作方法

本发明涉及机器人技术，特别是一种适用于废墟下探测、救灾，并由气体和软轴联合驱动的软体救援机器人。

背景技术：

频发的自然灾害严重威胁着人类的生命和财产安全。灾难发生后复杂的现场环境给救援带来了一些阻碍，比如废墟中形成的狭小空间使得救援人员甚至搜救犬也无法进入，在这种情况下救援机器人可以为救援人员提供有效的帮助。现有的救援机器人大致可以分为刚体机器人和软体机器人两类。刚体机器人由刚体材料制成，通过电机等传统驱动方式提供动力。因为材料和驱动方式的限制，其环境适应性、鲁棒性和通过狭小空间的能力较差，难以进行废墟下狭小空间的探测和救灾。软体机器人的主要制作材料是硅橡胶和纸张等，并且由气体、形状记忆合金(sma)等提供动力。相较于刚体机器人，在复杂环境下软体机器人的表现更为优秀。但目前的软体救援机器人大多是以探测为主，而要在废墟内部钻孔或者安装螺栓等操作则存在一定的困难。主要原因是目前能够使用工具的救援机器人大都体积较大，而且只能通过刚性的转轴提供动力，因此无法深入到废墟内部。

技术实现要素：

为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种既能够灵活避开障碍物、又能够深入到废墟内部操作工具的气压软轴联合驱动的软体救援机器人。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：气压软轴联合驱动的软体救援机器人，包括软体管道、软轴、手柄和工具；所述的软轴位于软体管道内；软轴的末端与工具连接，首端与动力装置连接；所述的软体管道的首端通过软管与手柄连接；所述的手柄的首端由软管经电磁阀与气泵连接；所述的气泵和电磁阀均安装在一个控制盒内，电磁阀控制气泵与手柄气孔之间的通断；所述的软体管道负责定位和避障，所述的软轴执行操作；

所述的软体管道包括m节串联的弯曲单元；每节弯曲单元均为圆管体，圆管体内壁和外壁之间沿周向均布n个弯曲腔室和n个气孔组；弯曲腔室和气孔组间隔设置；每个气孔组有l个气孔，l个气孔沿周向均布；每节弯曲单元上的气孔尺寸和位置完全相同；除末节弯曲单元的气孔底面封闭外，其余弯曲单元的气孔均为轴向通孔；上节弯曲单元与下层节弯曲单元的气孔错位连通，即：将弯曲单元的气孔分为n组，每组气孔按顺序从1开始编号，每组气孔的1号气孔的末端连接本节弯曲单元最接近的弯曲腔室；上节弯曲单元的第1组第2号气孔的末端与下节弯曲单元的第1组第1号气孔的首端连通；所述的气孔数l大于等于弯曲单元节数m。

进一步地，所述的弯曲腔室数n为3-5。

进一步地，所述的气孔数l为8-15。

进一步地，所述的手柄内沿周向均布n个气孔组，气孔尺寸和位置与弯曲单元完全相同。

进一步地，所述的工具为钻头或螺丝刀。

进一步地，所述的软管为橡胶软管。

进一步地，所述的上节弯曲单元与下节弯曲单元的气孔连通使用橡胶粘结剂。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明采用气压驱动的方式实现对软体管道弯曲，避过障碍进入废墟内部，软体机器人良好的柔顺性和鲁棒性，有效的避免了在工作过程中对被困人员或易倒塌废墟内部的碰撞，同时为软轴提供了唯一的固定通道。软轴可以通过这个通道顺利的到达工作区域，避免了软轴与废墟之间的碰撞可能造成的二次坍塌等一系列不可预知的情况。

2、本发明采用软轴传递动力，软轴的末端可以安装多种救援工具。软轴能够通过软体管道进入到倒塌废墟内部，既可以通过钻孔的方式打通生命通道，也可以通过钻孔安装螺栓的方式固定废墟内部易倒塌的物体，保证生命通道的畅通。因此，本发明在救援方面具有广泛的推广应用价值。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1中f-f截面示意图。

图3为图1中e-e截面示意图。

图4为弯曲单元气孔标号图。

图5为弯曲单元外观放大图。

图6为控制盒示意图。

图7为本发明结构弯曲状态示意图。

图中：1、软轴，2、手柄，3、软体管道，4、工具，5、电磁阀，6、气泵。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步地描述。如图1-7所示，气压软轴联合驱动的软体救援机器人，包括软体管道3、软轴1、手柄2和工具4；所述的软轴1位于软体管道3内；软轴1的末端与工具4连接，首端与动力装置连接；所述的软体管道3的首端通过软管与手柄2连接；所述的手柄2的首端由软管经电磁阀5与气泵6连接；所述的气泵6和电磁阀5均安装在一个控制盒内，电磁阀5控制气泵6与手柄2气孔之间的通断；所述的软体管道3负责定位和避障，所述的软轴1执行操作；

所述的软体管道3包括m节串联的弯曲单元；每节弯曲单元均为圆管体，圆管体内壁和外壁之间沿周向均布n个弯曲腔室和n个气孔组；弯曲腔室和气孔组间隔设置；每个气孔组有l个气孔，l个气孔沿周向均布；每节弯曲单元上的气孔尺寸和位置完全相同；除末节弯曲单元的气孔底面封闭外，其余弯曲单元的气孔均为轴向通孔；上节弯曲单元与下层节弯曲单元的气孔错位连通，即：将弯曲单元的气孔分为n组，每组气孔按顺序从1开始编号，每组气孔的1号气孔的末端连接本节弯曲单元最接近的弯曲腔室；上节弯曲单元的第1组第2号气孔的末端与下节弯曲单元的第1组第1号气孔的首端连通；所述的气孔数l大于等于弯曲单元节数m。

进一步地，所述的弯曲腔室数n为3-5。

进一步地，所述的气孔数l为8-15。

进一步地，所述的手柄2内沿周向均布n个气孔组，气孔尺寸和位置与弯曲单元完全相同。

进一步地，所述的工具4为钻头或螺丝刀。

进一步地，所述的软管为橡胶软管。

进一步地，所述的上节弯曲单元与下节弯曲单元的气孔连通使用橡胶粘结剂。

本发明的工作方法如下：

如图1-7所示，本发明的实施例中，弯曲单元为10节，弯曲腔室为3个，气孔组为3组，每组10个气孔。如图2所示，将第一组气孔的第1号气孔编为1-1号气孔，第二组气孔的第1号气孔编为2-1号气孔，第三组气孔的第1号气孔编为3-1号气孔，依此类推编出其他气孔的编号，则软管通道的连通方式如下：

手柄2中的1-1、2-1、3-1号气孔与第一节弯曲单元的1-1、2-1、3-1号气孔相通，可以控制第一节弯曲单元的弯曲程度；类似的手柄2的1-2、2-2、3-2号气孔通过第一节弯曲单元的1-2、2-2、3-2号气孔与第二节弯曲单元的1-1、2-1、3-1号气孔相通，因此可以控制第二节弯曲单元的弯曲程度。手柄2的1-3、2-3、3-3号气孔通过第一节弯曲单元的1-3、2-3、3-3号气孔，第二节弯曲单元的1-2、2-2、3-2号气孔与第三节弯曲单元的1-1、2-1、3-1号气孔相通，因此可以控制第三节弯曲单元的弯曲。依此类推。

首先将软体管道3深入到废墟内部，当末节弯曲单元的1号弯曲腔室气压大于2号弯曲腔室与3号弯曲腔室内部气压在1号弯曲腔室方向上的分量之和时，就可以实现第一节弯曲单元向1号弯曲腔室相反方向的弯曲；当三个弯曲腔室气压关系满足上述情况的同时，2号弯曲腔室的气压大于3号弯曲腔室的气压时，可以实现弯曲方向在第一种情况的基础上向3号弯曲腔室的方向偏移；当1号弯曲腔室与2号弯曲腔室的气压相同，并且都大于3号弯曲腔室的气压时，可以实现向3号弯曲腔室方向的弯曲。在实际操作中，根据废墟内部的实际情况，具体调节三个弯曲腔室之间的气压关系。因为相邻的弯曲单元都旋转固定的角度之后相连接，所以当末节弯曲单元顺利通过废墟的某个障碍时，末节弯曲单元可以根据实际情况恢复到初始状态或者进行弯曲，其上一节弯曲单元的三个弯曲腔室气压之间的关系可以通过末节弯曲单元的气压参数获得，依此类推，上一节弯曲单元弯曲腔室的气压参数可以通过下一节弯曲单元的气压参数获得。

当末节弯曲单元的末端到达指定的工作位置时，将软轴1末端已经安装好钻头的软轴1通过软体管道3内部的通孔深入到废墟内部的工作位置，进行打孔操作。操作完成之后将软轴1抽出，将软轴1末端的钻头取下换成螺栓，再次将软轴1通过软体管道3的通孔深入到废墟内部打孔的位置，通过转动软轴1实现螺栓的拧紧。

本发明不局限于本实施例，任何在本发明披露的技术范围内的等同构思或者改变，均列为本发明的保护范围。