本發(fā)明涉及一種流體驅(qū)動(dòng)式軟體機(jī)器人，具體涉及一種具有扭轉(zhuǎn)開合運(yùn)動(dòng)形式的仿生青蛙軟體腳蹼。

背景技術(shù)：

隨著仿生機(jī)器人技術(shù)、材料技術(shù)、制造技術(shù)的迅速發(fā)展，作為新興的研究領(lǐng)域，軟體機(jī)器人倍受全世界研究人員的關(guān)注。與傳統(tǒng)的硬質(zhì)機(jī)器人相比，軟體機(jī)器人因其基體材料的柔順性和依從性，表現(xiàn)出較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便，人機(jī)交互安全性好，在救援、勘探、醫(yī)護(hù)等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。

目前，仿生青蛙腳蹼的設(shè)計(jì)以剛性材料為主，這種設(shè)計(jì)承載能力強(qiáng)，但柔韌性較差，踝部承載負(fù)擔(dān)較重，后肢帶動(dòng)腳蹼收回過程產(chǎn)生阻力較大，極大的降低了仿生青蛙游動(dòng)機(jī)器人的游動(dòng)效率。并且該種腳蹼結(jié)構(gòu)復(fù)雜、密封性較差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為解決現(xiàn)有的硬質(zhì)青蛙腳蹼柔順性差、后肢帶動(dòng)腳蹼收回過程產(chǎn)生阻力較大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、安裝困難、密封性差的問題，而提出一種具有扭轉(zhuǎn)開合運(yùn)動(dòng)形式的仿生青蛙軟體腳蹼。

本發(fā)明的一種具有扭轉(zhuǎn)開合運(yùn)動(dòng)形式的仿生青蛙軟體腳蹼，其組成包括開合運(yùn)動(dòng)單元、扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)單元和兩個(gè)通氣管；

扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)單元包括扭轉(zhuǎn)彈性基體和螺旋形應(yīng)變限制層，扭轉(zhuǎn)彈性基體由上基體和下基體一體制成，下基體為圓柱形，下基體的內(nèi)部設(shè)有氣動(dòng)通道，下基體的下部設(shè)有與氣動(dòng)通道相通的軟管通孔，下基體的外表面設(shè)有螺旋槽，上基體為倒梯形結(jié)構(gòu)，上基體的上端面設(shè)有兩個(gè)橫向定位槽，螺旋形應(yīng)變限制層設(shè)置在螺旋槽中；

開合運(yùn)動(dòng)單元包括開合彈性基體、板狀應(yīng)變限制層、四個(gè)薄層彈性蹼和五個(gè)硬質(zhì)腳趾，所述開合彈性基體為長(zhǎng)方體，五個(gè)硬質(zhì)腳趾沿開合彈性基體的上端面長(zhǎng)度方向均布設(shè)置，每相鄰兩個(gè)硬質(zhì)腳趾之間設(shè)置一個(gè)薄層彈性蹼，五個(gè)硬質(zhì)腳趾均嵌入在開合彈性基體中，每個(gè)薄層彈性蹼同時(shí)與硬質(zhì)腳趾和開合彈性基體連接，所述開合彈性基體的下端設(shè)有魚骨狀氣動(dòng)腔，魚骨狀氣動(dòng)腔由一個(gè)主氣路和四個(gè)輔氣動(dòng)通道組成，從俯視看：一個(gè)主氣路沿縱向設(shè)置，四個(gè)輔氣動(dòng)通道平行設(shè)置且均與主氣路垂直設(shè)置，四個(gè)輔氣動(dòng)通道均與主氣路相通；每相鄰兩個(gè)硬質(zhì)腳趾之間對(duì)應(yīng)一個(gè)輔氣動(dòng)通道，板狀應(yīng)變限制層設(shè)置在開合彈性基體的下端面，且開合彈性基體與板狀應(yīng)變限制層粘合，板狀應(yīng)變限制層的下端面設(shè)有與兩個(gè)橫向定位槽相配合的定位凸臺(tái)；

開合運(yùn)動(dòng)單元與扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)單元上、下設(shè)置，板狀應(yīng)變限制層上的定位凸臺(tái)與扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)單元上的橫向定位槽配合安裝，扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)單元的上端面與板狀應(yīng)變限制層粘合，魚骨狀氣動(dòng)腔的一端封閉，魚骨狀氣動(dòng)腔的另一端與一個(gè)通氣管連接，另一個(gè)通氣管與軟管通孔連接。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果：

一、本發(fā)明通過螺旋形應(yīng)變限制層和扭轉(zhuǎn)彈性基體之間的應(yīng)變差實(shí)現(xiàn)扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，通過板狀應(yīng)變限制層和開合彈性基體之間的應(yīng)變差實(shí)現(xiàn)開合運(yùn)動(dòng)，通過上述兩種運(yùn)動(dòng)形式的復(fù)合，在保障推動(dòng)效率的同時(shí)，可以減小游動(dòng)時(shí)后肢帶動(dòng)腳蹼收回過程中產(chǎn)生的阻力。

二、本發(fā)明采用集成的設(shè)計(jì)方法，在柔軟的開合彈性基體中嵌入硬質(zhì)腳趾，兼顧彈性材料的柔韌性和剛性材料的承載能力，減輕踝部承載負(fù)擔(dān)，增強(qiáng)軟體腳蹼在實(shí)際環(huán)境中的應(yīng)用價(jià)值。

三、本發(fā)明體積小、重量輕、密封性好、加工方便、成本低。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)主視圖；

圖2是圖1的左視圖；

圖3是圖1的e-e截面視圖；

圖4是圖2的f-f截面視圖；

圖5是仿生青蛙軟體腳蹼充氣后展開狀態(tài)示意圖。

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施方式一：結(jié)合圖1～圖4說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式包括開合運(yùn)動(dòng)單元a、扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)單元b和兩個(gè)通氣管c；

扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)單元b包括扭轉(zhuǎn)彈性基體1和螺旋形應(yīng)變限制層2，扭轉(zhuǎn)彈性基體1由上基體1-1和下基體1-2一體制成，下基體1-2為圓柱形，下基體1-2的內(nèi)部設(shè)有氣動(dòng)通道1-2-1，下基體1-2的下部設(shè)有與氣動(dòng)通道1-2-1相通的軟管通孔1-2-2，下基體1-2的外表面設(shè)有螺旋槽1-2-3，上基體1-1為倒梯形結(jié)構(gòu)，上基體1-1的上端面設(shè)有兩個(gè)橫向定位槽1-1-1，螺旋形應(yīng)變限制層2設(shè)置在螺旋槽1-2-3中；

開合運(yùn)動(dòng)單元a包括開合彈性基體3、板狀應(yīng)變限制層4、四個(gè)薄層彈性蹼5和五個(gè)硬質(zhì)腳趾6，所述開合彈性基體3為長(zhǎng)方體，五個(gè)硬質(zhì)腳趾6沿開合彈性基體3的上端面長(zhǎng)度方向均布設(shè)置，每相鄰兩個(gè)硬質(zhì)腳趾6之間設(shè)置一個(gè)薄層彈性蹼5，五個(gè)硬質(zhì)腳趾6均嵌入在開合彈性基體3中，每個(gè)薄層彈性蹼5同時(shí)與硬質(zhì)腳趾6和開合彈性基體3連接，所述開合彈性基體3的下端設(shè)有魚骨狀氣動(dòng)腔3-1，魚骨狀氣動(dòng)腔3-1由一個(gè)主氣路3-1-1和四個(gè)輔氣動(dòng)通道3-1-2組成，從俯視看：一個(gè)主氣路3-1-1沿縱向設(shè)置，四個(gè)輔氣動(dòng)通道3-1-2平行設(shè)置且均與主氣路3-1-1垂直設(shè)置，四個(gè)輔氣動(dòng)通道3-1-2均與主氣路3-1-1相通；每相鄰兩個(gè)硬質(zhì)腳趾6之間對(duì)應(yīng)一個(gè)輔氣動(dòng)通道3-1-2，板狀應(yīng)變限制層4設(shè)置在開合彈性基體3的下端面，且開合彈性基體3與板狀應(yīng)變限制層4粘合，板狀應(yīng)變限制層4的下端面設(shè)有與兩個(gè)橫向定位槽1-1-1相配合的定位凸臺(tái)6；

開合運(yùn)動(dòng)單元a與扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)單元b上、下設(shè)置，板狀應(yīng)變限制層4上的定位凸臺(tái)6與扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)單元b上的橫向定位槽1-1-1配合安裝，扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)單元b的上端面與板狀應(yīng)變限制層4粘合，魚骨狀氣動(dòng)腔3-1的一端封閉，魚骨狀氣動(dòng)腔3-1的另一端與一個(gè)通氣管c連接，另一個(gè)通氣管c與軟管通孔1-2-2連接。

扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)單元b在螺旋形應(yīng)變限制層2的作用下，使得扭轉(zhuǎn)彈性基體1在氣動(dòng)通道1-2-1充氣時(shí)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。開合運(yùn)動(dòng)單元a在板狀應(yīng)變限制層4的約束下，使得魚骨狀氣動(dòng)腔3-1通氣時(shí)開合彈性基體3帶動(dòng)五個(gè)硬質(zhì)腳趾6和四個(gè)薄層彈性蹼5產(chǎn)生開合運(yùn)動(dòng)。

具體實(shí)施方式二：結(jié)合圖1～圖5說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的硬質(zhì)腳趾6采用丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物材料。這種材料在增強(qiáng)腳蹼推動(dòng)方向的剛度的同時(shí)能夠減輕仿生青蛙軟體腳蹼總體的重量。其它組成及連接關(guān)系與具體實(shí)施方式一相同。

具體實(shí)施方式三：結(jié)合圖1和圖3說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的扭轉(zhuǎn)彈性基體1和開合彈性基體3均采用硅橡膠復(fù)合材料，且采用模塑澆注成型。該材料彈性好、耐疲勞，可以較好的滿足所設(shè)計(jì)腳蹼對(duì)材料性能的需求。其它組成及連接關(guān)系與具體實(shí)施方式一或二相同。

具體實(shí)施方式四：結(jié)合圖4說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的板狀應(yīng)變限制層4和兩個(gè)通氣管c均采用硅橡膠復(fù)合材料，且采用模塑澆注成型。這種材料保證了整體的彈性和材料之間粘合的緊密性。其它組成及連接關(guān)系與具體實(shí)施方式三相同。

具體實(shí)施方式五：結(jié)合圖1和圖3說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的硬質(zhì)腳趾6采用3d打印加工制成。這樣設(shè)計(jì)可以保證推動(dòng)過程，腳蹼具有一定的剛度。其它組成及連接關(guān)系與具體實(shí)施方式四相同。

具體實(shí)施方式六：結(jié)合圖1和圖3說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的五個(gè)硬質(zhì)腳趾6由左至右依次為第一硬質(zhì)腳趾6-1、第二硬質(zhì)腳趾6-2、第三硬質(zhì)腳趾6-3、第四硬質(zhì)腳趾6-4和第五硬質(zhì)腳趾6-5，第二硬質(zhì)腳趾6-2、第三硬質(zhì)腳趾6-3、第四硬質(zhì)腳趾6-4和第五硬質(zhì)腳趾6-5的長(zhǎng)度依次減小，第一硬質(zhì)腳趾6-1與第三硬質(zhì)腳趾6-3的長(zhǎng)度相同。這樣設(shè)計(jì)更符合青蛙的腳趾特點(diǎn)。其它組成及連接關(guān)系與具體實(shí)施方式五相同。

具體實(shí)施方式七：結(jié)合圖3和圖4說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的兩個(gè)通氣管c分別采用插裝的方式壓入主氣路3-1-1的輸入端和軟管通孔1-2-2中，并通過粘合的方式密封。這樣設(shè)計(jì)可以增加腳蹼的密封性能。其它組成及連接關(guān)系與具體實(shí)施方式六相同。

本發(fā)明的工作原理：

將兩個(gè)通氣管c的輸入端均與氣泵連通，通過兩個(gè)通氣管c分別向魚骨狀氣動(dòng)腔3-1和氣動(dòng)通道1-2-1充入壓縮氣體，在壓縮氣體產(chǎn)生的壓力作用下使得扭轉(zhuǎn)彈性基體1和開合彈性基體3產(chǎn)生形變，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)仿生青蛙軟體腳蹼的展開與扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，在一定限制范圍的氣體壓力作用下，仿生青蛙軟體腳蹼的展開與扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)幅度隨著氣體壓力的增加而增大。當(dāng)通過兩個(gè)通氣管c的輸入端將魚骨狀氣動(dòng)腔3-1和氣動(dòng)通道1-2-1中的壓縮氣體排出時(shí)仿生青蛙軟體腳蹼恢復(fù)原狀態(tài)。