一种可利用折纸结构转向的单电机驱动软体爬行机器人

技术领域

本发明涉及软体机器人技术领域，尤其涉及一种可利用折纸结构转向的单电机驱动软体爬行机器人。

背景技术

随着科技的飞速发展，人们对机器人的需求越来越多。相比于传统的刚性机器人，软体机器人具备环境适应性强、自由度高、人机交互友好等独特的优势，因此其研究越来越受到人们的青睐。现有软体机器人的研究中，大多数模仿自然界的生物，爬行生物最为常见，运动模式较为简单，因此爬行机器人的研究尤为突出，但是，其自由度的限制问题往往备受困扰，精确控制较为困难，然而折纸结构凭借良好的折叠特性与软体机器人相结合，可以提高其可控性，且能更好地实现爬行功能。就折纸型软体爬行机器人而言，也有一些设计，大部分产品均采用气体驱动控制方式，虽然具有反应速度快、变形快、质量轻等优点，但是很难实现爬行机器人的独立爬行，且装置体积较大，相比之下，电机驱动控制更简单，更容易实现自动化，另外，大部分类似的专利产品都是采用两个及两个以上的电机驱动控制，体积大，而且控制变复杂，并且主体采用硅胶等软体材料的机器人设计很少有转弯爬行的功能。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种可利用折纸结构转向的单电机驱动软体爬行机器人，其目的是解决现有软体机器人驱动结构复杂，难以实现独立爬行运动；还有软体机器人在单执行器驱动条件下难以实现转向功能的问题。

为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

所述软体爬行机器人至少包括：硅胶材料主体模块、驱动线、绕线轮、电机、单片机、驱动器、电池、摩擦部件一、摩擦部件二，其特征在于：所述硅胶材料主体模块前部设有用于前进或转向变形的谷折和峰折，所述硅胶材料主体模块中部设有矩形槽一，所述硅胶材料主体模块后部设有防止机器人后退的“倒勾”形状的摩擦结构；所述电机粘结固定在所述硅胶材料主体模块上表面，位于所述矩形槽一后方；所述绕线轮与所述步进电机转动轴过盈配合；所述驱动线的一端缠绕固定在所述谷折和所述峰折中间，所述驱动线的另一端缠绕固定在所述绕线轮；所述电池粘结固定在所述硅胶材料主体模块后部的上表面；所述单片机粘结固定在所述电池上；所述驱动器粘结固定在所述单片机上。

作为上述技术方案的进一步描述：所述谷折置于硅胶材料主体模块前部的上表面，所述峰折置于硅胶材料主体模块下表面，位于所述谷折后方。所述硅胶材料主体模块的材质为Exoflex-0030，且厚度为2mm。

作为上述技术方案的进一步描述：所述硅胶材料主体模块下表面的前部与后部分别粘结有摩擦部件二与摩擦部件一，所述摩擦部件一前部设有矩形槽二并与所述矩形槽一对齐。所述摩擦部件一与摩擦部件二材质均为塑料，表面较光滑。

作为上述技术方案的进一步描述：所述驱动线穿过矩形槽一以及矩形槽二。所述驱动线材质为记忆金属。

本发明的有益效果为：在本方案中，以硅胶材料为主体的软体机器人制作简单且成本低，能通过不同模具大小制作出不同大小的主体，满足不同需求。该机器人可通过设置步进电机转动速度改变爬行速度，设置步进电机转动角度改变爬行距离以及转向角度。该软体机器人整体体积小，结构简单，控制方便，爬行距离和转弯角度稳定，仅用一个电机便可实现前进和转弯爬行，以及爬坡功能，并能实现独立爬行功能。

除了上面所描述的本发明解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的有益效果外，本发明提供所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征带来的有益效果，将在具体实施方式中作出进一步详细的说明。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明中一种可利用折纸结构转向的单电机驱动软体爬行机器人的结构示意图；

图2为硅胶材料主体模块的结构示意图(俯视图)；

图3为硅胶材料主体模块的结构示意图(仰视图)；

图4为摩擦部件一的结构示意图。

其中：1、主体模块；2、驱动线；3、绕线轮；4、电机；5、单片机；6、驱动器；7、电池；8、摩擦部件一；9、摩擦部件二；11、谷折；12、峰折；13、槽一；14、摩擦结构；81、矩形槽二。

具体实施方式

为了使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，均属于本发明保护的范围。

请参考图1-图4，本方案提供了一种可利用折纸结构转向的单电机驱动软体爬行机器人，其特征在于：

所述硅胶材料主体模块(1)中部的上方固定有电机(4)，所述绕线轮(3)固定在电机(4)的转动轴上，所述驱动线(2)一端固定在所述绕线轮(3)上，所述驱动线(2)另一端固定在所述硅胶材料主体模块(1)的谷折(11)和峰折(12)中间，其中，所述驱动线(2)穿过所述矩形槽一(13)和矩形槽二(81)，所述电池(7)固定在所述硅胶主体模块(1)后部的上表面，所述单片机(5)固定在所述电池(7)上方，所述驱动器(6)固定在所述单片机(5)上方。

进一步的，所述单片机(5)通过控制驱动器(6)来控制步进电机(4)正转或反转，带动绕线轮(3)正转或反转。

进一步的，所述绕线轮(3)的转动带动驱动线(2)收缩与回复，在所述驱动线(2)一端正向或反向收缩过程中，驱动线(2)在矩形槽一(13)和矩形槽二(81)内向左或向右滑动，从而改变驱动线(2)对硅胶材料主体模块(1)前部的拉力作用方向向左或向右。

进一步的，驱动线(2)另一端带动硅胶材料主体模块(1)前部沿着谷折(11)与峰折(12)产生不同程度的弯曲变形，由于所述硅胶材料主体模块(1)前部的摩擦部件二(9)与谷折(11)中间区域的下表面的粘性作用，与地面之间有较大的摩擦力，而由于摩擦部件一(8)的小摩擦力作用，导致硅胶材料主体模块(1)后部整体往前滑动一段距离，并伴随着驱动线(2)拉力方向向左或向右的改变，向右或向左偏转一定角度。

进一步的，所述电机(4)反转或正转，带动绕线轮(3)反转或正转，从而带动驱动线(2)一端正向或反向回复，由于硅胶材料主体模块(1)的弹性作用，其具有自动回复成原状的趋势。

进一步的，所述硅胶材料主体模块(1)前部的摩擦部件二(9)与谷折(11)中间区域的下表面与地面的摩擦作用力减小，开始往前回复，由于硅胶材料主体模块(1)前部的下表面置有摩擦部件二(9)，会减小硅胶材料主体模块(1)前部与地面的摩擦力，并由于摩擦结构(14)会增大硅胶材料主体模块(1)后部与地面的摩擦力，导致所述机器人的后部整体不会后退，而硅胶材料主体模块(1)前部往前回复原状，从而使所述机器人整体向右或向左偏转一定角度，并爬行一段距离。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。