[发明专利]基于张拉结构的仿蛇软体机器人

说明书

本发明涉及一种基于张拉结构的仿蛇软体机器人，其包括主体部、牵引驱动组件、环形鳞片和电控系统，主体部中的主躯干由柔性躯干和内嵌于柔性躯干的压缩弹簧组成，且主躯干的两端分别设有第一圆盘和第二圆盘，牵引驱动组件设于主躯干中，且主躯干与牵引驱动组件中的第一牵引绳及第二牵引绳组成张拉结构，具有不同摩擦系数的环形鳞片均布设于主体部上，电控系统设于主体部中。本发明采用压缩弹簧与柔性躯干作为软体机器人的躯体，并通过减速电机驱动由主躯干与牵引绳组成的张拉结构，带动软体机器人进行往复伸缩运动，同时在主体部外侧设有环形鳞片，通过模拟蛇类各向异性的皮肤，继而实现软体机器人直线前进及方向偏转运动。

技术领域

本发明涉及仿生软体机器人领域，特别是涉及一种基于张拉结构的仿蛇软体机器人。

背景技术

软体机器人具有极高的柔顺性和极大的可变形性，能够适应各种非结构化环境，承担多种操作任务，特别是在与人交互时更显安全。自然界中的蛇类具有极其灵活的运动方式，受蛇类的启发，研究者们设计出了形态各异的蛇形机器人，但这些蛇形机器人大多由舵机、车轮及刚性关节组成，不仅需要复杂的控制策略，且其自由度和灵活性也相对较低。软体机器人作为传统刚性和超冗余机器人的进一步发展，其本体主要由柔软材料制作而成，更加贴近自然生物的肌肉组织的柔顺性，为进一步模仿生物的环境适应性与灵活性提供了可行之路。相关研究显示，蛇类的运动方式主要有蜿蜒爬行、伸缩运动、直线爬行和侧向盘旋行进，其中直线爬行运动方式主要是依靠蛇类腹部的各向异性鳞片与地面接触作为支撑点，通过躯体的收缩与伸展实现前进，常见于体型较大的蛇类，该运动在蛇类通过狭小空间时往往是必要的。目前现有的仿蛇软体机器人大多采用气体驱动方式，但这种驱动方式需要增加额外的气泵及换气阀，降低了机器人的自主性和独立性。为能够适应各种不同的工作环境，提高机器人的灵活性和独立性，本发明受蛇类直线爬行运动方式及腹部各向异性鳞片的启发，设计出了一种基于张拉结构的仿蛇软体机器人。

发明内容

针对以上情况，本发明提供了一种基于张拉结构的仿蛇软体机器人，采用压缩弹簧与柔性躯干作为软体机器人的躯体，并通过减速电机驱动由压缩弹簧、柔性躯干及与牵引绳组成的张拉结构，进而带动软体机器人进行往复伸缩运动，同时在主体部上还设有两种不同材料组成的环形鳞片，能够模拟蛇类各向异性的皮肤，同时将包括电池和控制系统在内的电控系统置于软体主体部内部，继而实现软体机器人自主独立的直线前进及方向偏转。