[实用新型]变压双向弯曲模块、S型弯曲前行模块及软体机器人

说明书

技术领域

本实用新型涉及软体智能器件，尤其涉及一种变压双向弯曲模块、S型弯曲前行模块及软体机器人。

背景技术

随着仿生学、机器人学、流体力学、电磁学、新型材料科学、自动控制理论等学科的不断进步，以及海洋经济的发展和军事需求的增加，科研工作者把目光投向了长期生活在水下的各种生物运动机理的研究上。与此同时，经过几亿年的进化以后，鱼类具备了非常出色的水下游动能力，不仅可以长时间巡游保持低能耗、高效率，而且表现出良好的机动性。

目前广泛应用的水下航行器基本都是采用螺旋桨推进，由于在螺旋桨尾部的水流分离、漩涡多、气泡大等原因造成明显的能量损失，其推进效率只能达到40％；而鱼类推进效率可以达到80％以上。

随着近年来仿生生物学的应用，鱼类水下游动的高机动性，高效率，以及对环境扰动小等优点在水下航行器备受推崇，且在民用、军事领域有着十分广阔的应用前景。

现有的软体仿生水下机器人的驱动部件只能实现水下软体机器人躯体单单顺时针或逆时针弯曲，然后恢复初始状态，无法使软体机器人躯体既能顺时针弯曲又能逆时针弯曲。

目前还没有模块化的软材料部件实现软体机器人躯体S型弯曲前行。而许多水下生物在运动过程中，其躯体都是通过周期性的S型弯曲产生实际的位移，单靠单一弯曲方向扭转很难高相似度地还原水下特定生物的运动，而一体化构造S型弯曲驱动部件又需要大量地时间成本，设计的复杂度较大。

实用新型内容

本实用新型提供了一种变压双向弯曲模块，通过改变该模块内部的压力可以实现该模块的双向弯曲。

一种变压双向弯曲模块，包括两个变压腔，所述变压腔由柔性平面和柔性波纹面连接围成，两个所述变压腔的柔性平面相互贴合；

所述变压腔的一端设有流体入口，另一端设有流体出口。

根据材料力学的相关原理，物体受外力作用产生的应力相同的情况下，物体的刚度越大，则物体沿外力方向产生的应变越小；同一种材料制成的平面和波纹面，在受到相同大小的外力作用时，波纹面会比平面产生更大的形变，因此通过向变压腔内充入气体或液体，调节两变压腔的压差，可实现该模块的双向弯曲。

本实用新型的变压双向弯曲模块可以为一体成型，也可以将分别成型的两个变压腔组合而成。

作为优选，所述柔性波纹面的波峰与波谷形状相同，相邻波峰或相邻波谷的间距相等。

波峰与波谷形状相同，相邻波峰或相邻波谷的间距相等，在该模块弯曲变形时形状比较规则。

柔性波纹面的纵截面上，该柔性波纹面的波峰与波谷可以为圆弧形，波峰与波谷之间通过一直线段相切过渡；该柔性波纹面的纵截面可以为正弦波、半圆波、三角波或矩形波等。

作为优选，所述柔性波纹面的纵截面为三角波。

进一步优选的，相邻波峰或相邻波谷的夹角为30°～60°。

该形状的柔性波纹面在变压腔内相同压力差的条件下，变压双向弯曲模块刚度越小，则变压双向弯曲模块越容易弯曲变形。

进一步优选的，波峰最高点与波谷最低点的高度差为20～25mm。

在变压腔内相同压力差的条件下，波峰最高点与波谷最低点的高度差越大，则变压双向弯曲模块刚度越小，越容易弯曲变形；反之，则变压双向弯曲模块刚度越大，越不容易弯曲变形。

柔性波纹面的横截面为弧形、三角形或矩形等。

作为优选，所述柔性平面和柔性波纹面采用硅胶制成。

进一步优选的，所述柔性平面和柔性波纹面的厚度为1～5mm。

硅胶结构稳定、机械强度高，在以该厚度的硅胶为柔性平面和柔性波纹面时，变压双向弯曲模块可承受较大的内部压强，使其能够充分弯曲变形。

本实用新型还提供了一种S型弯曲前行模块，至少包括两个如上所述的变压双向弯曲模块，相邻两变压双向弯曲模块的异侧的变压腔相互连通。

相邻两变压双向弯曲模块的异侧的变压腔相互连通是指：在前变压双向弯曲模块左侧变压腔的流体出口通过连通管与在后变压双向弯曲模块右侧变压腔的流体入口连通，在前变压双向弯曲模块右侧变压腔的流体出口通过连通管与在后变压双向弯曲模块左侧变压腔的流体入口连通。

当两侧变压腔内形成一定压差时，相邻的两个变压双向弯曲模块则向相反的两个方向弯曲变形，呈S形；当改变两侧变压腔内压差方向时，相邻的两个变压双向弯曲模块则会呈反S形；当按照一定频率改变两侧变压腔内压差方向时，相邻的两个变压双向弯曲模块则会按照相同的频率呈周期性的S型弯曲摆动。

该S型弯曲前行模块结构简单，可用于软体机器人，模仿生物进行周期性的S型弯曲摆动，以产生实际位移。