一种磁控单向蠕动式软体机器人的制作方法

本发明涉及软体机器人领域，特别涉及一种磁控单向蠕动式软体机器人。

背景技术：

近年来对于软体机器人的研究越来越深入，从软体材料到驱动方式，从微型简单到大型强负载能力，软体机器人的控制、通讯系统越来越复杂、沉重。这一趋势，让软体机器人正在失去灵活性、环境适应性强的理论优势，相较于其他驱动方式，磁控软体机器人可以较为方便的实现无线控制，拥有很好的发展潜力。

对于磁控软体机器人，中国发明专利公开了一种磁流变液软体机器人的控制方法，其磁流变液软体机器人包括可形变壳体和设置在可形变壳体之内的磁流变液，通过调整向软体机器人的多个部位依次施加多个磁场控制其运动姿态，该方法可以实现很多软体机器人的复杂运动。但是，该设计并不合理，实现难度很大，作为一种磁控软体机器人控制方法，并没有正视其以磁场为动力源的局限性，即场的性质决定很难将磁场限制在某一区域。该方法中试图通过控制同一方向不同位子的磁场开关分别控制磁流变液软体机器人上对应部位的运动，这是不现实的，任一磁场作用时都会对整个磁流变液软体机器人产生作用。

对于磁控软体机器人，中国发明专利公开了磁流变液软体机器人和磁流变液软体机器人系统，其磁流变液软体机器人由可形变壳体和通过弹性件悬挂在壳体内的磁流变液单元组成，通过施加单向磁场实现软体机器人的灵活滚动运动。但是，该系统的设计存在较大缺陷，可形变壳体的材料并未进行定义，同时其并没意识到可形变壳体在悬挂内部复杂结构后必然会变形扭曲，极大影响软体机器人的整体性能。若将可变形壳体换成硬质材料又脱离了软体机器人的范畴。

对于电磁驱动软体机器人，中国发明专利公开了一种电磁驱动的仿蛇形软体机器人，软体机器人本体由若干节基本结构单元胶粘接而成，每节基本结构单元中有六块按六边形排布的条状电磁铁，通过控制各电磁铁的通断电实现仿蛇形软体机器人的直行、转弯、抬头、蜿蜒爬行等多自由度动作。作为一种电磁驱动的软体机器人，需要连接复杂的线路进行供能和通讯，或者自己负载较重的动力系统，这会限制软体机器人的灵活性。

技术实现要素：

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种磁控单向蠕动式软体机器人，通过磁场力驱动磁流体材料实现无线控制，利用单向摩擦凸起矩阵将上下方向的磁场力转化为磁控单向蠕动式软体机器人前进方向的推进力。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种磁控单向蠕动式软体机器人，包括重心区域和足部，所述重心区域材料为磁流体材料，所述足部材料为无磁性材料；若干所述足部对称粘接在重心区域上，每一所述足部底部均设有单向摩擦副，通过循环增加和减少所述重心区域上方的磁场使软体机器人前进。

进一步，所述重心区域为任一中心对称图形，所述软体机器人的重心与所述重心区域中心重合。

进一步，所述重心区域由匀质加入了纳米四氧化三铁颗粒的双网络交联水凝胶制成；所述无磁性材料由匀质双网络交联水凝胶制成。

进一步，所述单向摩擦副为单向摩擦凸起矩阵，所述单向摩擦凸起矩阵去粘性处理。

进一步，所述单向摩擦凸起矩阵为若干半圆锥型凸起均布排列，对称分布在重心区域两侧的所述足部的单向摩擦凸起矩阵方向相反。

进一步，所述去粘性处理可使用有机溶剂擦拭或通过黏附粉尘处理。

进一步，每一所述足部顶部设有标记，标记方向与单向摩擦凸起矩阵方向一致。

进一步，所述足部包括第一足部、第二足部、第三足部和第四足部，所述重心区域呈圆形，所述第一足部、第二足部、第三足部和第四足部对称粘接在所述重心区域周边；所述第一足部和第三足部与第二足部和第四足部组成方形分布的对角线；所述第一足部和第三足部底部的单向摩擦凸起矩阵与第二足部和第四足部底部的单向摩擦凸起矩阵方向相反。

进一步，所述第一足部、第二足部、第三足部和第四足部长度均相同，所述第一足部与第三足部的夹角与第二足部和第四足部的夹角相同。

本发明的有益效果在于：

1.本发明所述的磁控单向蠕动式软体机器人，整体运动过程完全由一个外加的单向磁场提供动力，通过调节磁场力、重力和摩擦力三者之间的关系，只需外加一个单一向上的磁场即可让软体机器人完成拱起、收缩、铺展、前进的蠕动前进动作。极简的动力系统，为其功能的开发扩展提供了更大的空间。

2.本发明所述的磁控单向蠕动式软体机器人，磁场条件下的磁流体材料无需连接复杂、沉重的线路即可实现预设的致动效果，充分的发挥出软体机器人灵活、轻便的特点，无线控制的磁控单向蠕动式软体机器人可以进入更加狭小、曲折的工作空间。

3.本发明所述的磁控单向蠕动式软体机器人，通过向同种水凝胶中加入纳米四氧化三铁颗粒制备磁流体，这种磁流体材料更容易与无磁性水凝胶材料胶合，且胶合强度更高。

附图说明

图1为本发明所述的磁控单向蠕动式软体机器人的结构图。

图2为本发明所述的磁控单向蠕动式软体机器人的俯视图。

图3为本发明所述的磁控单向蠕动式软体机器人的仰视图。

图4为本发明所述的单向摩擦凸起矩阵示意图。

图中：

1-无磁性水凝胶材料区域；2-重心区域；3-标记；4-第一足部；5-第二足部；6-第三足部；7-第四足部；8-单向摩擦凸起矩阵。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

如图1和图2所示，本发明所述的磁控单向蠕动式软体机器人，包括重心区域2和无磁性水凝胶材料区域1，两部分用同种水凝胶胶合在一起，所述重心区域2位于软体机器人重心区域；所述无磁性水凝胶材料区域1包括除所述重心区域2外的所有部分，包括足部。所述重心区域2材料为磁流体材料，所述足部材料为无磁性材料；若干所述足部对称粘接在重心区域2上，每一所述足部底部均设有单向摩擦副，通过循环增加和减少所述重心区域2上方的磁场使软体机器人前进。所述重心区域2为任一中心对称图形如正多边形或者多角星等等，所述软体机器人的重心与所述重心区域2中心重合。所述重心区域2由匀质加入了纳米四氧化三铁颗粒的双网络交联水凝胶制成；所述无磁性材料由匀质双网络交联水凝胶制成。

如图3和图4所示，所述单向摩擦副为单向摩擦凸起矩阵8，所述单向摩擦凸起矩阵8去粘性处理。所述单向摩擦凸起矩阵8为若干半圆锥型凸起均布排列，对称分布在重心区域2两侧的所述足部的单向摩擦凸起矩阵8方向相反。所述去粘性处理可使用有机溶剂擦拭如四氯化碳、甲苯等，或通过黏附粉尘或石灰粉处理。每一所述足部顶部设有标记3，所述标记3方向与单向摩擦凸起矩阵8方向一致。

实施例1，如图1所示，所述重心区域2为圆形，所述足部数量为4个，分别为第一足部4、第二足部5、第三足部6和第四足部7；4个足部呈正方形分布，相邻两足夹角相同为90°。图中，第一足部4和第三足部6位于一个对角线上，所述第二足部5和第四足部7位于另一对角线上。所述第一足部4和第三足部6底部的单向摩擦凸起矩阵8的半圆锥尖向右前方向，所述第二足部5和第四足部7底部的单向摩擦凸起矩阵8的半圆锥尖向左前方向，如图3所示。

工作原理：以重心位置标记软体机器人位置，磁控单向蠕动式软体机器人工作状态分成两个阶段，原地收缩阶段和铺展前进阶段，通过施加不同方向、大小的磁场实现动作。原地收缩阶段，在向上的磁场作用下所述重心区域2会受力向上拱起，带动所述无磁性水凝胶材料区域1逐渐贴地向重心方向收缩；铺展前进阶段，逐渐减小向上的磁场直至达到0，由于自身重力作用软体机器人原本向重心方向收缩的所述第一足部4、第二足部5、第三足部6和第四足部7转为向远离重心的方向铺展，此时由于所述单向摩擦凸起矩阵8与粗糙地面发生作用，第一足部4和第三足部6产生一个向右前方向上的摩擦力，第二足部5和第四足部7产生一个向左前方向上的摩擦力，在两个摩擦力的共同作用下软体机器人向前移动。在磁控单向蠕动式软体机器人上循环施加、减小向上的磁场，磁控单向蠕动式软体机器人就可以实现蠕动前进运动。

实施例2，4个足部呈长方形分布，第一足部4和第三足部6的夹角与第二足部5和第四足部7的夹角相同。第一足部4、第二足部5、第三足部6和第四足部7底部的所述半圆锥尖均为向前方向。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。