一种可主动变形和自恢复的爬行机器人

本发明涉及变形机器人，且更为具体地，涉及一种可主动变形和自恢复的爬行机器人。

背景技术：

1、现阶段已经有很多关于可变形机器人的研究，机器人实现变形的主要途径有：

2、1. 运用折纸（origami）技术将板材和铰链结合的结构设计实现变形；

3、2. 利用水凝胶、介电弹性体（dea）和液晶弹性体（lce）等受外部刺激变形的材料制作机器人主体实现变形；

4、3. 气动机器人控制不同气室内的气压实现变形；

5、4. 大型机械设备等设计复杂的机械结构实现变形。。

6、基于折纸技术的机械结构只能实现有限个数的形状的变形，且为实现特定形状前期设计过程复杂，结构复杂，不易缩小尺寸。将折纸技术直接用于运动，机器人受到复杂结构的阻碍，速度较慢。而结合其他驱动方式实现爬行则增大机器人结构的复杂性。

7、利用受外部湿度、光、热或磁等刺激变形的材料制作的机器人，控制方式复杂，需要额外布置磁场、热场或光源等设备。并且这类微型机器人受外部激励的响应速度较慢，导致移动速度缓慢。在变形上，这类机器人多直接由材料的简单形状构成（如一块长方形液晶弹性体就是一个简单的机器人），只能实现受外部激励持续调控的简单变形，撤去外部激励则不能维持形状，这增加了控制成本与控制难度。

8、气动机器人涉及气体的输入与输出装置，结构复杂，尺寸较大，难以缩小至厘米及以下尺寸。可变形状有限，且控制难度高，实现复杂形状则需要设计多个气室，并且各气室的输气量都需要严格调控。

9、大型设备的机械结构需要精密的配合，无法小型化。

技术实现思路

1、本发明的主要目的是提出一种可主动变形和自恢复的爬行机器人，旨在提供一种结构轻便、便于控制、移动速度快的机器人。

2、为了解决上述技术问题，提出了一种可主动变形和自恢复的爬行机器人，包括：

3、机器人主体，其包括由柔性材料制成的头部和尾部，所述头部和所述尾部围成具有腔体的伸缩套筒结构；

4、驱动结构，其能够加热所述伸缩套筒结构的腔体内的气体，经加热膨胀的气体驱动所述伸缩套筒结构伸长；

5、弹性连接部，其将所述头部和所述尾部弹性连接，用于在所述头部和所述尾部之间提供拉力；

6、记忆变形件，其包括形状记忆合金材料，所述记忆变形件设置于所述机器人主体，当所述记忆变形件受热变形至预设形状时所述机器人主体被挤压变形，当所述记忆变形件冷却后，所述机器人主体被释放并恢复至原形状。

7、在上述任一技术方案中，进一步的，还包括：

8、所述机器人主体的头部上设有前腿、尾部设有后腿，所述机器人主体沿从前向后的方向向下倾斜，所述前腿与所述后腿均为倾斜安装、并在与支撑平面上侧与向前的方向上为锐角。

9、在上述任一技术方案中，进一步的，还包括：

10、所述头部距支撑平面的距离大于所述尾部距所述支撑平面的距离。

11、在上述任一技术方案中，进一步的，所述驱动结构还包括：

12、电极对，所述电极对之间施加电压能产生击穿空气的电弧并释放热量，从而对所述伸缩套筒结构的腔体内的气体加热。

13、在上述任一技术方案中，进一步的，所述记忆变形件还包括：

14、所述记忆变形件具有环状主体，所述环状主体套设在所述机器人主体内侧和/或外侧，当所述记忆变形件受热变形时所述机器人主体被挤压变形并在竖直方向上高度变低或在宽度方向上的宽度变窄。

15、在上述任一技术方案中，进一步的，所述记忆变形件还包括：

16、所述记忆变形件具有至少两个c字形主体，所述c字形主体对称设置所述机器人主体的内侧和/或外侧，当所述记忆变形件受热变形时所述机器人主体被挤压变形并在竖直方向上高度变低或在宽度方向上的宽度变窄。

17、在上述任一技术方案中，进一步的，还包括：

18、在所述驱动结构的电极对之间产生电弧并释放热量时，所述记忆变形件被加热并产生变形。

19、在上述任一技术方案中，进一步的，所述头部和/或所述尾部设有限位部，所述限位部用于限制所述头部和所述尾部相对移动的距离。

20、在上述任一技术方案中，进一步的，第一支撑梁和第二支撑梁；

21、所述头部设有第一套筒，所述尾部设有第二套筒；

22、所述第一套筒设有对应所述第一支撑梁的第一导向孔，所述第一套筒可滑动的设置于所述第一支撑梁，所述头部的前腿设置于所述第一套筒；

23、所述第二套筒设有对应所述第二支撑梁的第二导向孔，所述第二套筒可滑动的设置于所述第二支撑梁，所述尾部的后腿设置于所述第二套筒；

24、所述第一套筒和所述第二套筒围成所述伸缩套筒结构；

25、所述记忆变形件作用于所述第一套筒和/或所述第二套筒。

26、有益效果在于：

27、1、本发明的可主动变形和自恢复的爬行机器人，利用柔性材料制成机器人主体的头部和尾部，使得头部和尾部具备变扁或变窄的能力；同时在机器人主体上设置记忆变形件，能够在需要变形时加热记忆变形件、促使记忆变形件变形至预定形状的过程中挤压机器人主体进行同步变形，之后再记忆变形件冷却后、借助头部和尾部自身的弹性力进行复原，使得机器人主体可以在原形状和预定形状之间往复变形，以应对特定的使用场景和任务要求。

28、2、同时通过驱动结构加热头部和尾部围成的伸缩套筒结构、使得机器人主体能够在控制下进行伸展，之后借助头部和尾部上设置的弹性连接部进行收缩，并通过机器人主体的不同角度或不同重心的设置、使得头部相比于尾部对支撑平面的摩擦力小，进而让机器人在伸缩的过程中前进；通过控制驱动结构的加热频率使机器人达到不同的移动速度，可实现较快的运动速度。

29、3、使用柔性材料制成机器人主体的头部和尾部，使得机器人主体的质量可以做到仅重9mg，大幅减轻了机器人的重量。

30、4、利用驱动机构的热效应与记忆变形件结合，实现记忆变形件的变形和机器人主体的伸展两个动作的控制，简化控制结构。与传统的折纸机器人、气动机器人、dea机器人和lce机器人等变形机器人相比，存在运行动性能明显提升、结构轻便、控制简单的优点。

31、5、不同于以牺牲运动性能为代价不断追求更小尺寸的机器人，本申请的爬行机器人在保证移动速度的前提下，可以主动变形以适应狭窄环境，可以根据不同空间尺寸定制不同变形量的机器人。

32、6、本申请的爬行机器人仿生兔子运动状态，能够通过驱动结构的参数控制实现爬行和跳跃两种状态，且无需其余结构变化。

33、7、借助记忆变形件受热变形至预定形状的特性，能够在爬行机器人受压变形后，进行形状恢复，提升抗击打能力和复用能力。

34、8、通过驱动结构的对电极设置在伸缩套筒结构内，并将对电极设置在尾部上，使得发型机器人的电源线输入方向与前进方向一致，不阻碍机器人的运动。

技术特征：

1.一种可主动变形和自恢复的爬行机器人，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的可主动变形和自恢复的爬行机器人，其特征在于，还包括：

3.如权利要求1所述的可主动变形和自恢复的爬行机器人，其特征在于，还包括：

4.如权利要求1所述的可主动变形和自恢复的爬行机器人，其特征在于，所述驱动结构还包括：

5.如权利要求1所述的可主动变形和自恢复的爬行机器人，其特征在于，所述记忆变形件还包括：

6.如权利要求1所述的可主动变形和自恢复的爬行机器人，其特征在于，所述记忆变形件还包括：

7.如权利要求1所述的可主动变形和自恢复的爬行机器人，其特征在于，还包括：

8.如权利要求1所述的可主动变形和自恢复的爬行机器人，其特征在于，所述头部和/或所述尾部设有限位部，所述限位部用于限制所述头部和所述尾部相对移动的距离。

9.如权利要求1所述的可主动变形和自恢复的爬行机器人，其特征在于，所述机器人主体还包括：

技术总结本发明涉及变形机器人技术领域，且更为具体地，涉及一种可主动变形和自恢复的爬行机器人，包括：机器人主体，其包括由柔性材料制成的头部和尾部，头部和尾部围成具有腔体的伸缩套筒结构；驱动结构，其能够加热伸缩套筒结构的腔体内的气体，经加热膨胀的气体驱动伸缩套筒结构伸长；弹性连接部，其将头部和尾部弹性连接，用于在头部和尾部之间提供拉力；记忆变形件，其包括形状记忆合金材料，记忆变形件设置于机器人主体，当记忆变形件受热变形至预设形状时机器人主体被挤压变形，当记忆变形件冷却后，机器人主体被释放并恢复至原形状。本发明的可主动变形和自恢复的爬行机器人，旨在提供一种结构轻便、便于控制、移动速度快的机器人。技术研发人员：漆明净,车竞羽,杨翔宇,刘晓宁受保护的技术使用者：北京航空航天大学技术研发日：技术公布日：2024/11/4