一种可变径的软体滚动机器人及其控制方法

1.本发明涉及软体机器人领域，具体涉及一种可变径的软体滚动机器人及其控制方法。


背景技术：

2.软体机器人因与人类的有效交互和对未知环境的强大适应力而受到人们的广泛关注，与刚性机器人相比，软体机器人具有更小的体积，更多的自由度以及柔软的身体，只需要简单的控制，便可改变自身的形状与尺寸，以此来提高对未知环境适应能力，被应用于复杂环境的勘探、救援、监视等工作中。
3.软体机器人的驱动器有多种类型，包括形状记忆合金（sma）、气压驱动、化学能驱动、电机驱动、介电弹性体驱动、液晶弹性体驱动、人工肌肉驱动等，根据软体机器人的使用场合来选择合适的驱动类型。
4.当前的软体移动机器人可以实现滚动、爬行、游动、跳跃、飞行等运动。与其它运动类型的软体移动机器人相比，软体滚动机器人具有更好的稳定性、更快的运动速度、更高的运动效率，更简单的结构。目前的滚动机器人主要由电机进行驱动，体积较大，结构复杂，制作成本高且大多只能实现向前或向后的滚动。滚动机器人外形主要为球形或轮式形状，球形滚动机器人有非常好的运动平稳性以及能量利用效率，但是运动轨迹的精准度较低，控制难度较大；轮式形状滚动机器人有较好的稳定性，但是转弯结构体积大。
5.对于软体滚动机器人，如国家发明专利授权号cn 105965518 a公开了上海交通大学设计的软体环形翻滚机器人。该机器人由主运动环、摩擦带、四个弹性元件、隔离器、传感器、继电器、控制系统和电源构成，主运动环外侧套有摩擦带，内侧均匀分布了四个弹性元件，且在弹性元件交汇处使用隔离器来防止相互缠绕；传感器布置于弹性元件与主运动环连接处，并将得到的信息传入控制系统；每个继电器连接一个弹性元件，控制系统分析传入的信号后控制继电器电路的通断，进而控制弹性元件的伸缩状态，改变软体环形翻滚机器人的重心，实现翻滚前进。该机器人的成本较高，响应时间较长，环形外形使其不适合在具有坡度的地面工作，且在滚动过程中无法预测下次处于稳定状态的位置，提高了控制难度。
6.对于软体滚动机器人，如国家发明专利授权号cn 109305251 a公开了广州大学设计的一种sma弹簧致动的双轮机器人。该机器人包括两个车轮、连接杆和轴承，轴承安装在两侧车轮内，通过连接杆连接。车轮内部设有四个空心管组成的十字形结构，每个空心管内部分别设有一条sma弹簧，sma弹簧一端固定在车轮重心处，另一端连接有一重物模块，重物模块可在空心管内滑动，外部控制系统用于控制sma弹簧的伸长，从而推动重物模块在空心管内发生位移，从而改变车轮的重心，控制车轮滚动。该机器人制造复杂，外壳为铝制材料，抗震能力差，且在垂直方向上的sma弹簧分别会受到重物模块引起来的压缩与拉伸作用力，改变sma弹簧的形状，另外它的圆形车轮虽然提高了机器人的稳定性，但是在滚动时无法判断下一步应控制的sma弹簧，控制难度上升。


技术实现要素：

7.针对现有机器人的技术缺陷，本发明的目的是提供一种可变径的软体滚动机器人及其控制方法，其能够实现在复杂环境与未知环境的工作，且响应速度快，具有较好的运动性能。
8.为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种可变径的软体滚动机器人，包括气管、端盖、滚动车轮、微型电磁阀、配气机构、空心芯轴、控制板，滚动车轮包括气腔、安装板、支撑弹簧、sma弹簧、轮毂、滚动轴承，配气机构包括气管接头、旋转接头、接头体，所述气管连接在气腔侧面，所述端盖安装在轮毂外侧，所述滚动车轮有两个，通过滚动轴承支撑在空心芯轴的两端，所述气腔与安装板固连，所述支撑弹簧和sma弹簧有多个，周向均匀安装在轮毂上，每个支撑弹簧和sma弹簧的一端与安装板连接，另一端与轮毂连接，支撑弹簧套装在sma弹簧上，所述微型电磁阀周向均匀分布在端盖上，所述接头体安装在端盖中心，所述旋转接头安装在接头体中心，所述气管接头周向均匀安装在接头体圆周外表面上，所述控制板为圆形安装在一侧轮毂内。
9.优选的，所述气腔由应变层与限制层组成，应变层的刚度小于限制层的刚度，气管连接口设在气腔侧面。
10.优选的，所述轮毂为正n边形，n≥6且n为偶数，支撑弹簧和sma弹簧的数量为n。
11.优选的，在水平面直线滚动时，软体滚动机器人有两种运动方式，将滚动车轮的气腔均未充气，sma弹簧均未通电时的状态称为正常状态，将滚动车轮的气腔均未充气，sma弹簧全部通电时的状态称为收缩状态；在正常状态下，以正六边形软体滚动机器人顺时针滚动说明：步骤一：将软体滚动机器人放置在水平面上，两侧滚动车轮的气腔与sma弹簧均未工作，处于正常状态，此时软体滚动机器人的重心处于轮毂中心处，重力g与支撑力f共线；步骤二：对两侧滚动车轮相同位置的sma弹簧进行通电收缩，软体滚动机器人的外形发生变化，支撑点向左侧移动，重心向右下方偏移，与支撑力f不再共线，从而产生一个重力矩，这个重力矩使软体滚动机器人顺时针旋转；步骤三：软体滚动机器人在重力矩作用下，将重力势能转化为动能，向前发生滚动，直到能量消耗完毕，停止滚动；步骤四：软体滚动机器人由滚动状态变为稳定状态后，两侧滚动车轮相同位置的sma弹簧断电恢复至正常状态，此时软体滚动机器人的状态与步骤一的状态相同，但是整体向前滚动了一段距离。
12.上述步骤为软体滚动机器人正常状态下在水平面直线滚动的一个周期，重复上述的步骤，可以实现机器人的连续滚动。
13.在收缩状态下，以正六边形软体滚动机器人顺时针滚动说明：步骤一：将软体滚动机器人放置在水平面上，两侧滚动车轮的气腔均未充气，sma弹簧全部通电收缩，处于收缩状态，此时软体滚动机器人的重力势能最小，且重心处于轮毂圆心处，滚动车轮支撑点在a处，重力g与支撑力f共线；步骤二：对两侧滚动车轮相同位置的气腔同时进行快速充气，滚动车轮产生对称的径向膨胀，保持重心位置不变，软体滚动机器人的外形发生变化，支撑点向左偏移，处于不稳定状态，而重心仍处于轮毂圆心处，但是与初始状态的重心位置相比高度上升了，重力
势能增加，由于支撑力f与重力g不在一条直线上，重力会产生一个重力矩，这个重力矩使软体滚动机器人重心下降并顺时针旋转；步骤三：软体滚动机器人在重力矩作用下，将重力势能转化为动能，向前发生滚动，直到b点接触地面时，重力g与支撑力f共线，重力势能回到最小值，滚动停止；步骤四：软体滚动机器人由滚动状态变为稳定状态后，对两侧滚动车轮相同位置的气腔进行放气，直至两侧滚动车轮均恢复为收缩状态，此时软体滚动机器人的状态与步骤一的状态相同，但是整体向前滚动了一个气腔外表面弧长ab的距离。
14.上述步骤为软体滚动机器人收缩状态下在水平面直线滚动的一个周期，重复上述的步骤，可以实现机器人的连续滚动。
15.优选的，在爬坡运动时，控制方法如下，通过空心芯轴连接的两侧滚动车轮中相同位置的气腔充放气状态保持一致，相同位置的sma弹簧通断电状态保持一致，以正六边形软体滚动机器人顺时针滚动说明：步骤一：将软体滚动机器人放置在倾斜面上，两侧滚动车轮的气腔均未充气，sma弹簧均未通电，处于正常状态，重心在轮毂中心处；步骤二：对两侧滚动车轮相同位置的sma弹簧进行通电收缩，对两侧滚动车轮相同位置的气腔同时进行快速充气，产生不对称的变形，软体滚动机器人的外形发生变化，支撑点向左侧移动，重心向轮毂右下方偏移，从而产生一个重力矩，这个重力矩使软体滚动机器人顺时针旋转；步骤三：软体滚动机器人在重力矩作用下，将重力势能转化为动能，向前发生滚动，直到能量消耗完毕，停止滚动；步骤四：软体滚动机器人由滚动状态变为稳定状态后，两侧滚动车轮相同位置的sma弹簧断电恢复至正常状态，两侧滚动车轮相同位置的气腔进行放气，恢复至正常状态，此时软体滚动机器人的状态与步骤一的状态相同，但是整体向前滚动了一段距离。
16.上述步骤为软体滚动机器人爬坡运动的一个周期，重复上述的步骤，可以实现机器人的连续滚动爬坡。
17.优选的，在运动空间较狭窄时，可采取原地转动控制，通过空心芯轴连接的两侧滚动车轮彼此独立控制，以正六边形软体滚动机器人右转弯说明；正常状态下控制步骤为：步骤一：将软体滚动机器人放置在水平面上，两侧滚动车轮处于正常状态；步骤二：基于正常状态下在水平面直线滚动的控制方法，分别控制左侧滚动车轮向前直线滚动，右侧滚动车轮向后直线滚动，且两侧滚动车轮的滚动速度v1与v2大小相同，进而对软体滚动机器人施加一个顺时针方向的扭矩m；步骤三：软体滚动机器人受到顺时针转矩m的作用，向右侧滚动车轮的一侧发生转向，此时软体滚动机器人的中心位置相比于初始位置没有改变，但是整体原地转动了一定的角度。
18.上述步骤为软体滚动机器人正常状态下原地转动的一个周期，重复上述的步骤，可以实现机器人的连续转动。
19.收缩状态下控制步骤为：步骤一：将软体滚动机器人放置在水平面上，两侧滚动车轮处于收缩状态；步骤二：基于收缩状态下水平面直线滚动的控制方法，分别控制左侧滚动车轮向
前直线滚动，右侧滚动车轮向后直线滚动，且两侧滚动车轮的滚动速度v1与v2相同，进而对软体滚动机器人施加一个顺时针方向的扭矩m；步骤三：软体滚动机器人受到顺时针转矩m的作用，向右侧滚动车轮的一侧发生转向，此时软体滚动机器人的重心位置相比于初始位置没有改变，但是整体原地转动了一定的角度。
20.上述步骤为软体滚动机器人收缩状态下原地转动的一个周期，重复上述的步骤，可以实现机器人的连续转动。
21.优选的，在工作空间足够大时，采取差速转向控制，通过空心芯轴连接的两侧滚动车轮彼此独立控制，以正六边形软体滚动机器人右转弯说明：正常状态下控制步骤为：步骤一：将软体滚动机器人放置在水平面上，两侧滚动车轮处于正常状态；步骤二：基于正常状态下在水平面直线滚动的控制方法，分别控制两侧的滚动车轮向前进行直线滚动，通过控制施加给sma弹簧的电流大小来改变滚动车轮的滚动速度，使滚动速度v1大于v2，两侧滚动车轮产生了差速运动；步骤三：软体滚动机器人依靠两侧滚动车轮的速度差异，向右侧发生转向，此时软体滚动机器人的位置相比于初始位置，向前移动了一段位移，且整体向右侧转动了一定的角度。
22.上述步骤为软体滚动机器人正常状态下差速转向的一个周期，重复上述的步骤，可以实现机器人的连续转向，另外当v2为0时，软体滚动机器人会绕右侧滚动车轮进行定点转向。
23.收缩状态下控制步骤为：步骤一：将软体滚动机器人放置在水平面上，两侧滚动车轮处于收缩状态；步骤二：基于收缩状态下在水平面直线滚动的控制方法，分别控制两侧的滚动车轮向前进行直线滚动，通过控制充气与放气的频率来改变滚动车轮的滚动速度，使滚动速度v1大于v2，两侧滚动车轮产生了差速运动；步骤三：软体滚动机器人依靠两侧滚动车轮的速度差异，向右侧发生转向，此时软体滚动机器人的位置相比于初始位置，向前移动了一段位移，且整体向右侧转动了一定的角度。
24.上述步骤为软体滚动机器人收缩状态下差速转向的一个周期，重复上述的步骤，可以实现机器人的连续转向，另外当v2为0时，软体滚动机器人会绕右侧滚动车轮进行定点转向。
25.优选的，在工作时遇到障碍，软体滚动机器人无法通过时，需要将软体滚动机器人的正常状态切换至收缩状态，进行越障运动，以正六边形软体滚动机器人顺时针滚动说明：步骤一：软体滚动机器人以正常状态进行直线滚动，遇到障碍物时停止运动；步骤二：软体滚动机器人由正常状态切换到收缩状态，整体的体积缩小，高度低于障碍物；步骤三：软体滚动机器人以收缩状态进行直线滚动，进入障碍物下方；步骤四：软体滚动机器人以收缩状态在运动障碍区进行直线滚动或转向，直到通过障碍；
步骤五：软体滚动机器人由收缩状态切换到正常状态，体积变大，运动速度提高。
26.上述步骤为软体滚动机器人越障运动的一个周期，重复上述的步骤，可以实现机器人的连续越障。
27.优选的，所述安装板在收缩状态下为正n边形，与轮毂外形相同。
28.优选的，所述端盖为控制板提供轴向固定。
29.优选的，所述空心芯轴内部用于穿过导线。
30.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明是一种可变径的软体滚动机器人，在具有坡度的地面、管道、洞穴等复杂环境中工作不易被卡住，具有较好的抗冲击和恢复能力。通过滚动车轮变形改变机器人重心的位置，从而实现滚动。
31.本发明可以自由切换本身的状态来改变轮径，软体滚动机器人处于正常状态时，能够以较快的速度运动，当在行驶过程中遇到低于滚动机器人高度的障碍物时，sma弹簧收缩，缩小轮径，软体滚动机器人切换为收缩状态并通过障碍，通过障碍后再次恢复到正常状态运动。
32.本发明气腔与支撑弹簧在机器人运动时可以起到双重缓冲减震的作用，在重物砸到软体滚动机器人或者软体滚动机器人从高处摔落时，能够起到保护作用，另外当软体滚动机器人落入水中时，可以给气腔充气，使软体滚动机器人浮在水面，防止损坏。
33.本发明气腔的外表面由多段平面与圆弧面构成，每次控制sma弹簧或者气腔驱动一次，软体滚动机器人向前滚动一步，避免出现一个运动周期后，无法准确判断下一步应该控制的sma弹簧或者气腔，降低了控制难度，提高了运动轨迹的精准度。
34.本发明采用柔性材料制作，质量较小，对松软非结构化路面（如沙滩、雪地）具有较好的适应能力，对环境伤害小，与地面接触面积大，稳定性好。
35.本发明采用sma弹簧驱动与气腔驱动两种方式，两种驱动方式相互配合可以实现越障功能并且可在坡度较大的作业面上运动。
36.本发明可以通过支撑弹簧与sma弹簧的配合，获得所需的正常状态和收缩状态的软体滚动机器人的轮径比。
37.本发明的软体滚动机器人成本低、结构简单、寿命长，且两侧的对称的滚动车轮具有可替换性，后期维修方便。
38.本发明配气机构可以有效防止软体滚动机器人在滚动过程中发生的气管缠绕问题。
39.本发明可以进行原地转动或者差速转动，以适应运动空间的大小。
附图说明
40.构成本发明的一部分附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：图1为本发明正常状态下整体示意图；图2为本发明正常状态下去掉端盖的结构示意图；图3为本发明收缩状态下整体示意图；图4为本发明多路管接头、旋转接头与接头体装配图；
图5为本发明滚动车轮正常状态下结构示意图；图6为本发明滚动车轮收缩状态下结构示意图；图7为本发明气腔结构示意图；图8为本发明正常状态下直线滚动运行控制示意图；图9为本发明收缩状态下直线滚动运行控制示意图；图10为本发明爬坡运行控制示意图；图11为本发明正常状态下原地旋转运动控制示意图；图12为本发明正常状态下差速转向运动控制示意图；图13为本发明收缩状态下原地旋转运动控制示意图；图14为本发明收缩状态下差速转向运动控制示意图；图15为本发明越障运动控制示意图。
41.附图标记说明：1-气管、2-端盖、3-滚动车轮、4-微型电磁阀、5-配气机构、6-空心芯轴、7-控制板、31-气腔、32-安装板、33-支撑弹簧、34-sma弹簧、35-轮毂、36-滚动轴承、311-应变层、312-限制层、313-气管连接口、51-气管接头、52-旋转接头、53-接头体。
具体实施方式
42.下面结合具体实施例对本发明进行进一步说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
43.本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
44.另外，本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上。除非另有明确具体的限定。
45.本实施例提供一种结构简单，适应能力强，质量小、成本低的可变径的软体滚动机器人，并给出了控制方法。
46.参考图1到图3，本发明实施例中，软体滚动机器人包括：气管1、端盖2、滚动车轮3、微型电磁阀4、配气机构5、空心芯轴6、控制板7，端盖2安装在滚动车轮3的轮毂35上，滚动车轮3安装在空心芯轴6两侧，微型电磁阀4周向均匀安装在端盖2上，配气机构5安装在端盖2外表面中心处，控制板7安放在轮毂35内，依靠端盖2进行轴向固定。
47.进一步的，如图4所示，所述配气机构5包括气管接头51、旋转接头52、接头体53，气管接头51周向均匀安装在接头体53侧面，旋转接头52安装在接头体53端面中心位置，避免软体滚动机器人在运动时气管缠绕的问题。
48.进一步的，如图5和图6所示，所述滚动车轮3包括气腔31、安装板32、支撑弹簧33、
sma弹簧34、轮毂35、滚动轴承36，气腔31的限制层312一侧与安装板32外表面固接，支撑弹簧33与 sma弹簧34的一端固接在安装板32内表面中心，另一端固接在轮毂35的外侧面，且支撑弹簧33套装在sma弹簧34上，轮毂35内安装有滚动轴承36，并为控制板7预留安装空间。
49.进一步的，如图7所示，所述气腔31包括应变层311、限制层312、气管连接口313，应变层311充气后变形，改变滚动车轮3重心，限制层312限制了气腔31在该侧的膨胀形变。
50.进一步的，如图8和图9所示，在水平面直线滚动时，软体滚动机器人有两种运动方式，将滚动车轮3的气腔31均未充气，sma弹簧34均未通电时的状态称为正常状态，将滚动车轮3的气腔31均未充气，sma弹簧34全部通电时的状态称为收缩状态；如图8所示，在正常状态下，通过空心芯轴6连接的两侧滚动车轮3中相同位置sma弹簧34的工作状态保持一致性，以正六边形软体滚动机器人顺时针滚动说明：步骤一：将软体滚动机器人放置在水平面上，两侧滚动车轮3的气腔31均未充气，sma弹簧34均未通电，处于正常状态，此时软体滚动机器人的重心处于轮毂35中心处，重力g与支撑力f共线；步骤二：对两侧滚动车轮3相同位置的sma弹簧34-a进行通电收缩，软体滚动机器人的外形发生变化，支撑点向左侧移动，重心向右下方偏移，与支撑力f不再共线，从而产生一个重力矩，这个重力矩使软体滚动机器人顺时针旋转；步骤三：软体滚动机器人在重力矩作用下，将重力势能转化为动能，向前发生滚动，直到能量消耗完毕，停止滚动；步骤四：软体滚动机器人由滚动状态变为稳定状态后，两侧滚动车轮3相同位置的sma弹簧34-a断电恢复至正常状态，此时软体滚动机器人的状态与步骤一的状态相同，但是整体向前滚动了一段距离。
51.上述步骤为软体滚动机器人正常状态下在水平面直线滚动的一个周期，重复上述的步骤，可以实现机器人的连续滚动。
52.如图9所示，在收缩状态下，通过空心芯轴6连接的两侧滚动车轮3中相同位置气腔31的工作状态保持一致性，以正六边形软体滚动机器人顺时针滚动说明：步骤一：将软体滚动机器人放置在水平面上，两侧滚动车轮3的气腔31均未充气，sma弹簧全部通电收缩，处于收缩状态，此时软体滚动机器人的重力势能最小，且重心处于轮毂35圆心处，滚动车轮3支撑点在a处，重力g与支撑力f共线；步骤二：对两侧滚动车轮3相同位置的气腔31-a和气腔31-b同时进行快速充气，滚动车轮3产生对称的径向膨胀，保持重心位置不变。软体滚动机器人的外形发生变化，支撑点向左偏移，处于不稳定状态，而重心仍处于轮毂35圆心处，但是与初始状态的重心位置相比高度上升了，重力势能增加，由于支撑力f与重力g不在一条直线上，重力会产生一个重力矩，这个重力矩使软体滚动机器人重心下降并顺时针旋转；步骤三：软体滚动机器人在重力矩作用下，将重力势能转化为动能，向前发生滚动，直到b点接触地面时，重力g与支撑力f共线，重力势能回到最小值，滚动停止；步骤四：软体滚动机器人由滚动状态变为稳定状态后，对两侧滚动车轮3相同位置的气腔31-a和气腔31-b进行放气，直至两侧滚动车轮3均恢复为收缩状态，此时软体滚动机器人的状态与步骤一的状态相同，但是整体向前滚动了一个气腔31-a外表面弧长ab的距离。
53.上述步骤为软体滚动机器人收缩状态下在水平面直线滚动的一个周期，重复上述的步骤，可以实现机器人的连续滚动。
54.进一步的，如图10所示，机器人在爬坡运动时，控制方法如下，通过空心芯轴6连接的两侧滚动车轮3中相同位置的气腔31充放气状态保持一致，相同位置的sma弹簧34通断电状态保持一致，以正六边形软体滚动机器人顺时针滚动说明：步骤一：将软体滚动机器人放置在倾斜面上，两侧滚动车轮3的气腔31均未充气，sma弹簧34均未通电，处于正常状态，重心在轮毂35中心处；步骤二：对两侧滚动车轮3相同位置的sma弹簧34-a进行通电收缩，对两侧滚动车轮3相同位置的气腔31-a同时进行快速充气，产生不对称的变形，软体滚动机器人的外形发生变化，支撑点向左侧移动，重心向轮毂35右下方偏移，从而产生一个重力矩，这个重力矩使软体滚动机器人顺时针旋转；步骤三：软体滚动机器人在重力矩作用下，将重力势能转化为动能，向前发生滚动，直到能量消耗完毕，停止滚动；步骤四：软体滚动机器人由滚动状态变为稳定状态后，两侧滚动车轮3相同位置的sma弹簧34-a断电恢复至正常状态，两侧滚动车轮3相同位置的气腔31-a进行放气，恢复至正常状态，此时软体滚动机器人的状态与步骤一的状态相同，但是整体向前滚动了一段距离。
55.上述步骤为软体滚动机器人爬坡运动的一个周期，重复上述的步骤，可以实现机器人的连续滚动爬坡。
56.进一步的，如图11和图13所示，在运动空间较狭窄时，可采取原地转动控制，通过空心芯轴6连接的两侧滚动车轮3彼此独立控制，以正六边形软体滚动机器人右转弯说明；如图11所示，正常状态下控制步骤为：步骤一：将软体滚动机器人放置在水平面上，两侧滚动车轮3处于正常状态，左侧为滚动车轮3-1，右侧为滚动车轮3-2；步骤二：基于正常状态下在水平面直线滚动的控制方法，分别控制滚动车轮3-1向前直线滚动，滚动车轮3-2向后直线滚动，且两侧滚动车轮3-1和滚动车轮3-2的滚动速度v1与v2相同，进而对软体滚动机器人施加一个顺时针方向的扭矩m；步骤三：软体滚动机器人受到顺时针转矩m的作用，向右侧即滚动车轮3-2的一侧发生转向，此时软体滚动机器人的重心位置相比于初始位置没有改变，但是整体原地转动了一定的角度。
57.上述步骤为软体滚动机器人正常状态下原地转动的一个周期，重复上述的步骤，可以实现机器人的连续转动。
58.如图13所示，收缩状态下控制步骤为：步骤一：将软体滚动机器人放置在水平面上，两侧滚动车轮3处于收缩状态，左侧为滚动车轮3-1，右侧为滚动车轮3-2；步骤二：基于收缩状态下水平面直线滚动的控制方法，分别控制滚动车轮3-1向前直线滚动，滚动车轮3-2向后直线滚动，且两侧滚动车轮3-1和滚动车轮3-2的滚动速度v1与v2大小相同，进而对软体滚动机器人施加一个顺时针方向的扭矩m；步骤三：软体滚动机器人受到顺时针转矩m的作用，向右侧即滚动车轮3-2的一侧
发生转向，此时软体滚动机器人的中心位置相比于初始位置没有改变，但是整体原地转动了一定的角度。
59.上述步骤为软体滚动机器人收缩状态下原地转动的一个周期，重复上述的步骤，可以实现机器人的连续转动。
60.进一步的，如图12和图14所示，在工作空间足够大时，采取差速转向控制，通过空心芯轴6连接的两侧滚动车轮3彼此独立控制，以正六边形软体滚动机器人右转弯说明：如图12所示，正常状态下控制步骤为：步骤一：将软体滚动机器人被放置水平面上，两侧滚动车轮3处于正常状态，左侧为滚动车轮3-1，右侧为滚动车轮3-2；步骤二：基于正常状态下在水平面直线滚动的控制方法，分别控制两侧的滚动车轮3向前进行直线滚动，通过控制施加给sma弹簧34的电流大小来改变滚动车轮3的滚动速度，使滚动速度v1大于v2，两侧滚动车轮3产生了差速运动；步骤三：软体滚动机器人依靠两侧滚动车轮3的速度差异，向右侧发生转向，此时软体滚动机器人的位置相比于初始位置，向前移动了一段位移，且整体向右侧转动了一定的角度。
61.上述步骤为软体滚动机器人正常状态下差速转向的一个周期，重复上述的步骤，可以实现机器人的连续转向，另外当v2为0时，软体滚动机器人会绕滚动车轮3-2进行定点转向。
62.如图14所示，收缩状态下控制步骤为：步骤一：将软体滚动机器人放置在水平面上，两侧滚动车轮3处于收缩状态，左侧为滚动车轮3-1，右侧为滚动车轮3-2；步骤二：基于收缩状态下在水平面直线滚动的控制方法，分别控制两侧的滚动车轮3向前进行直线滚动，通过控制充气与放气的频率来改变滚动车轮3的滚动速度，使滚动速度v1大于v2，两侧滚动车轮3产生了差速运动；步骤三：软体滚动机器人依靠两侧滚动车轮3的速度差异，向右侧发生转向，此时软体滚动机器人的位置相比于初始位置，向前移动了一段位移，且整体向右侧转动了一定的角度。
63.上述步骤为软体滚动机器人收缩状态下差速转向的一个周期，重复上述的步骤，可以实现机器人的连续转向，另外当v2为0时，软体滚动机器人会绕滚动车轮3-2进行定点转向。
64.进一步的，如图15所示，在工作时遇到障碍，软体滚动机器人无法通过时，需要将软体滚动机器人的正常状态切换至收缩状态，进行越障运动，以正六边形软体滚动机器人顺时针滚动说明：步骤一：软体滚动机器人以正常状态进行直线滚动，遇到障碍物时停止运动；步骤二：软体滚动机器人由正常状态切换到收缩状态，整体的体积缩小，高度低于障碍物；步骤三：软体滚动机器人以收缩状态进行直线滚动，进入障碍物下方；步骤四：软体滚动机器人以收缩状态在运动障碍区进行直线滚动或转向，直到通过障碍；
步骤五：软体滚动机器人由收缩状态切换到正常状态，体积变大，运动速度提高；上述步骤为软体滚动机器人越障运动的一个周期，重复上述的步骤，可以实现机器人的连续越障。
65.以上对本发明的具体实施例进行了描述，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。