一种能量回收型无线软体机器人及运动方法与流程

本发明涉及机器人领域，具体涉及一种能量回收型无线软体机器人及运动方法。

背景技术：

传统的机器人大多使用钢铁等金属制做，通常有着特别高的强度和硬度，通过合理的设计，可以实现非常快速的运动速度和极为精细的运动精度。传统机器人在我们日常中的作用非常重要，实现了很多仅仅依靠人类自己难以实现的功能，但是传统机器人也有很多的缺点目前来说难以克服，例如过高的强度和硬度容易对操作对象造成损伤，机器人本身的制作涉及到了将控制，传感等复杂技术集成为一体的精密加工过程，同时由于要将控制，传感等部分集成到一起，传统机器人大都非常的笨重和庞大，这样大大限制了他们运动方式和运动范围。除此以外，传统机器人主要依靠齿轮，连杆等传动结构的转动或者移动来实现其移动，连续变形等功能，在这种传动方式中，驱动其运动的能量一直处于单向耗散状态，驱动其一次变形能量无法传递至下一次变形，甚至下一次变形还需要额外的能量来抵消之前的变形，这在一定程度上也增加了维持机器人运动所需要的能量。

软体机器人由于材料的固有特性，对于复杂环境有着极其优良的适应性，可以主动适应外界环境的变化，并在极端复杂环境中运动，因此可以用于地形勘测，灾后救援等任务。而且由于机器人本身的柔性特征，软体机器人极大地降低了对于操作对象损伤的可能性，这使得它在医疗，看护等方面有着不可替代的作用。现有的软体机器人大多采用流体驱动，形状记忆聚合物变形以及仿哺乳动物肌腱变形等方式，这些方式大都需要极其严苛的驱动条件和较为庞大的驱动设备并且仅仅只能实现较为缓慢的运动行为，而这些不足大大限制的软体机器人在实际生活中的应用。

技术实现要素：

为了对机器人现有的一些缺点和不足进行改进，本发明的目的在于提供一种能量回收型无线软体机器人及运动方法，该软体机器人不需庞大驱动设备，可以实现快速运动以及能量回收。该软体机器人具有良好的地形适应能力，负载能力大，可实现无线控制，可沿特定路径运动，体积小，重量轻，结构简洁，能耗低等特点。而且其制作时间短，材料成本低，制作工艺简单。

为了达到以上目的，本发明采用如下技术方案：

一种能量回收型无线软体机器人，包括基底平面5，设置在基底平面5底部的柔性足部1，设置在基底平面5顶部的供电模块4，设置在供电模块4两侧的能量转换装置2，设置在供电模块4顶部的控制模块3所述激振器2位于柔性足部1上部的两旁；

所述柔性足部1由单列或多列与基底平面5成一定角度的片层结构组成；

所述能量转换装置2用于将多种能量转换为振动能；

所述控制模块3为无线控制模块，通过无线的方式来控制软体机器人整个电路的通断以及电流大小；

供电模块4用于为能量转换装置2和控制模块3供电。

所述柔性足部1的材料采用橡胶、硅胶或pdms柔性材料，或采用变刚度材料。

组成柔性足部1的片层结构的尺寸参数以及其与基底平面5的夹角大小会影响软体机器人的运动性能；但无论片层结构的尺寸参数是多少，在柔性足部1的片层结构与基底平面的夹角不为直角时，只要能量转换装置2所产生的驱动力足够大，软体机器人均能够实现运动，而且夹角为锐角时与夹角为钝角时软体机器人的运动方向相反。

所述能量转换装置2激励的区域，激励幅值的大小以及柔性足部1的分布结构会影响软体机器人的运动方式。

所述能量转换装置2为激振器、电机或响应性智能材料。

所述响应性智能材料为声响应性材料、光响应性材料或磁响应性材料。

所述多种能量为电能、光能或声能。

所述控制模块3的顶部设置摄像头6，用于地形勘测以及监控和探查。

所述的一种能量回收型无线软体机器人的运动方法，能量转换装置2激励的区域,激励幅值的大小以及柔性足部1的分布结构会影响软体机器人的运动方式；通过控制模块3调控，当两个能量转换装置2同时工作时，软体机器人会产生一个向前的运动行为；而如果只有一侧的能量转换装置2工作时，会对软体机器人整体产生一个非对称驱动力，从而产生一个转弯的运动行为，通过调节激励幅值的大小调节软体机器人转弯运动的幅度；

当软体机器人受到能量转换装置2向下作用后，柔性足部1与地面接触并发生显著的弯曲变形，这个过程中软体机器人整体的动能以及重力势能转化为了柔性足部1的弹性变形能，在软体机器人受到能量转换装置2向上的作用时，软体机器人对地面的压力减小，摩擦力降低，从而产生了一个向前的运动行为，同时在这一过程中柔性足部1的弹性势能又转化为了软体机器人整体的动能；因此当能量转换装置2开始工作产生一定的振动并作用于柔性足部1时，软体机器人整体在势能与动能的不断回收转化中实现快速敏捷的运动行为；由于柔性足部1本身使用柔性材料，所以其不会对接触面产生伤害，而且该柔性结构在多次使用后仍能保持其初始状态，不存在硬机械机构中由于使用时间长而存在的疲劳、损伤和失效的问题。

和现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)该软体机器人可以实现能量的回收利用，只需要在很小的作用力下便可以快速运动。

(2)该软体机器人可以适应多种地形条件，具有良好的地形适应力。

(3)该软体机器人体积小，质量轻，耗能低，结构简洁，运动速度快，制作工艺简单，耗时短，制作成本低。

(4)该软体机器人具有一定的负载能力，可以实现其它软体机器人难以实现的搬运等功能。

(5)该软体机器人实现运动部分主要是全软结构，可以承受较大的冲击与碰撞。

(6)该软体机器人的体型可大可小，在改变机器人大小时不需要调节激振器的尺寸，只需要调节能量转换装置输出激振力的幅值即可。

附图说明

图1是本发明软体机器人的整体结构图。

图2是单列片层结构的柔性足部结构示意图。

图3是双列片层结构的柔性足部结构示意图。

图4是柔性足部产生运动行为过程的示意图。

图5是单边能量转换装置工作时，由于非对称驱动导致机器人转弯运动的示意图。

图6是本发明软体机器人进行监控，侦察等功能的示意图。

图7是本发明软体机器人运输重物示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，本发明一种能量回收型无线软体机器人，包括基底平面5，设置在基底平面5底部的柔性足部1，设置在基底平面5顶部的供电模块4，设置在供电模块4两侧的能量转换装置2，设置在供电模块4顶部的控制模块3所述激振器2位于柔性足部1上部的两旁；如图2和图3所示，所述柔性足部1由单列或多列与基底平面5成一定角度的片层结构组成；所述能量转换装置2用于将多种能量转换为振动能；所述控制模块3为无线控制模块，通过无线的方式来控制软体机器人整个电路的通断以及电流大小；供电模块4用于为能量转换装置2和控制模块3供电。

作为本发明的优选实施方式，所述柔性足部1的材料采用橡胶、硅胶或pdms柔性材料，或采用变刚度材料。

组成柔性足部1的片层结构的尺寸参数以及其与基底平面5的夹角大小会影响软体机器人的运动性能；但无论片层结构的尺寸参数是多少，在柔性足部1的片层结构与基底平面的夹角不为直角时，只要能量转换装置2所产生的驱动力足够大，软体机器人均能够实现运动，而且夹角为锐角时与夹角为钝角时软体机器人的运动方向相反。

所述能量转换装置2激励的区域，激励幅值的大小以及柔性足部1的分布结构会影响软体机器人的运动方式。

作为本发明的优选实施方式，所述能量转换装置2为激振器、电机或响应性智能材料。进一步地，所述响应性智能材料为声响应性材料、光响应性材料或磁响应性材料。

作为本发明的优选实施方式，所述多种能量为电能、光能或声能。

作为本发明的优选实施方式，所述控制模块3的顶部设置摄像头6，用于地形勘测以及监控和探查。

本发明能量回收型无线软体机器人的运动方法，能量转换装置2激励的区域,激励幅值的大小以及柔性足部1的分布结构会影响软体机器人的运动方式；通过控制模块3调控，当两个能量转换装置2同时工作时，软体机器人会产生一个向前的运动行为；而如果只有一侧的能量转换装置2工作时，会对软体机器人整体产生一个非对称驱动力，从而产生一个转弯的运动行为，通过调节激励幅值的大小调节软体机器人转弯运动的幅度；

当软体机器人受到能量转换装置2向下作用后，柔性足部1与地面接触并发生显著的弯曲变形，这个过程中软体机器人整体的动能以及重力势能转化为了柔性足部1的弹性变形能，在软体机器人受到能量转换装置2向上的作用时，软体机器人对地面的压力减小，摩擦力降低，从而产生了一个向前的运动行为，同时在这一过程中柔性足部1的弹性势能又转化为了软体机器人整体的动能；因此当能量转换装置2开始工作产生一定的振动并作用于柔性足部1时，软体机器人整体在势能与动能的不断回收转化中实现快速敏捷的运动行为；由于柔性足部1本身使用柔性材料，所以其不会对接触面产生伤害，而且该柔性结构在多次使用后仍能保持其初始状态，不存在硬机械机构中由于使用时间长而存在的疲劳、损伤和失效的问题。

实施例一

如图4所示，通过控制模块3无线遥控，左右两个能量转换装置2同时工作时产生振动并传递至底部的柔性足部1，软体机器人产生一个向前的运动。

实施例二

如图5所示，当使用图3结构，通过控制模块3无线遥控而且只有一个能量转换装置2工作时，软体机器人可以实现转弯运动，进而可以实现沿指定路径运动的功能。

实施例三

如图6所示，控制模块3的顶部安装摄像头6等装置，软体机器人可以用于地形勘测以及监控，探查等功能。

实施例四

如图7所示，通过使用控制模块3无线遥控，软体机器人可以用运输重物7至指定目的地。