[发明专利]一种可检测弯曲状态的四足爬行气动软体机器人

说明书

本发明公开了一种可检测弯曲状态的四足爬行气动软体机器人。软体机器人主体的身体上嵌装有机器人驱动控制模块和传感器信号采集模块，软体机器人主体的四肢分别固定安装有对应的柔性拉伸应变传感器，机器人驱动控制模块通过传感器信号采集模块与各个柔性拉伸应变传感器电连接，软体机器人主体的四肢的弯曲状态通过各个柔性拉伸应变传感器采集传感信号，各个柔性拉伸应变传感器将传感信号通过传感器信号采集模块发送给机器人驱动控制模块，实现软体机器人弯曲状态的检测。本发明实现肢体弯曲状态的检测，实时反馈机器人肢体弯曲状态，避免为确保充气完全而增加充气时间，提高机器人爬行速度，监测驱动故障，克服了传统软体机器人开环控制的局限性。

技术领域

本发明属于软体机器人领域的一种爬行气动软体机器人，具体涉及一种可检测弯曲状态的四足爬行气动软体机器人。

背景技术

传统的刚性机器人速度快、力量大、精度高，但是受到刚性碰撞后极易损坏，而软体机器人使用柔性材料制作，具有更好的灵活性和适应性，在受到撞击后发生变形，撞击消失后又可以很快恢复为原来的形状。传统的软体机器人采用外接线缆提供能量，在柔软灵活的执行系统后面由驱动系统提供电能或高压流体，其体积大、重量大、噪声大的弊端明显；一些软体机器人逐渐在结构上集成执行系统、驱动系统、传感和控制系统，本质上是实现了集成化的设计，使得机器人能独立自主地完成任务，胜任一些复杂特种场景的工作任务，如探索未知复杂环境、搬运货物、医疗康复等。

集成在软体机器人上的传感器主要分为两类，一是传统的外部传感器，例如搭载视觉相机的方式来为机器人提供导航、识别的功能，并通过机器学习优化机器人的运动控制策略，但这种方式主要还是利用传感器检测机器人和周围环境间的交互关系；二是集成新型的柔性传感器去捕捉机器人自身状况，有利于形成闭环控制。目前集成在软体机器人上的柔性传感器主要采取两种方式，一是直接将现有的商用柔性传感器嵌入到软体机器人中，但是会由于传感器的材料和软体机器人的材料不同而导致软体机器人灵活性受到抑制或传感器易剥离、测量范围小等缺点；二是在制造软体机器人时，直接将柔性传感器三维打印到软体机器人的结构中，但也存在传感器替换性差、维护难的问题，所以软体机器人传感系统仍是一大难点。

此外，对于流体驱动的集成式软体机器人还存在能量源体积受限、运动速度缓慢、响应延迟明显等问题，设计空腔运动执行器时也需要考虑到载荷能力、最大弯曲角度等因素。由于柔性材料的特性，在实际使用过程中，空腔在正压或负压状态下的变形程度并不是均匀的，会受到空腔截面形状、壁厚、高度、长度等影响，并且多个空腔连接而成的驱动器还会存在各个空腔之间的变形耦合影响，以及空腔在驱动器上的位置也会影响该段空腔处的弯曲程度。这些影响在宏观上表现为软体机器人运动时四肢弯曲曲率存在差异，产生的拉伸应力也不同，传统的柔性传感器很难在软体机器人的整个运动周期过程中保持正常工作，容易发生不可控的剥离或断裂，且测量范围小、灵敏度较低。针对以上情况，有必要开发一种基于新型柔性拉伸应变传感器可检测弯曲状态的软体机器人。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明提出了一个可检测弯曲状态的四足爬行气动软体机器人，采用新型的柔性拉伸应变传感器集合到机器人肢体上实时检测机器人肢体弯曲状态与机器人整体的运动状态。

本发明所采用的技术方案如下：

本发明包括软体机器人主体、柔性拉伸应变传感器、机器人驱动控制模块、传感器信号采集模块；

软体机器人主体的身体上嵌装有机器人驱动控制模块和传感器信号采集模块，软体机器人主体的四肢分别固定安装有对应的柔性拉伸应变传感器，机器人驱动控制模块通过传感器信号采集模块与各个柔性拉伸应变传感器电连接，软体机器人主体的四肢的弯曲状态通过各个柔性拉伸应变传感器采集传感信号，各个柔性拉伸应变传感器将传感信号通过传感器信号采集模块发送给机器人驱动控制模块，实现软体机器人弯曲状态的检测。

所述每个柔性拉伸应变传感器的结构相同，具体包括传感器主体、应变信号读取接口和固定插销；