1.一种用于小型管道探测的尺蠖型磁控软机器人,其特征在于:包括前端致动器、中间致动器以及后端致动器;
所述后端致动器和前端致动器呈块状结构,采用弹性聚合物和磁性纳米粒子混合打印而成;前端致动器内部设有微型摄像头、照明光源,通过缆线反馈微型摄像头采集到的小型管道内部的实际工况;
所述中间致动器,采用弹性聚合物打印而成,包括后端连接支撑台、前端连接支撑台以及中间变形梁,其中后端连接支撑台、前端连接支撑台分别用于将后端致动器、前端致动器与中间变形梁连接起来;中间变形梁的下平面和侧平面设置有4~10个横向凹槽;凹槽的侧槽壁的两端形成四个凸台,作为软机器人下部支撑脚。
2.如权利要求1所述一种用于小型管道探测的尺蠖型磁控软机器人,其特征在于:所述弹性聚合物和磁性纳米粒子分别为Spot A光固化树脂和磁性纳米颗粒EMG 1200。
3.如权利要求1所述一种用于小型管道探测的尺蠖型磁控软机器人,其特征在于:软机器人的总长宽高为40mm*5mm*2mm,呈单片状尺蠖型结构。
4.如权利要求1所述一种用于小型管道探测的尺蠖型磁控软机器人,其特征在于:将中间变形梁的侧壁划分为9段,每段宽度为0.8mm,每段间距为0.8mm。
5.如权利要求1所述一种用于小型管道探测的尺蠖型磁控软机器人的使用方法,其特征在于:该方法具体包括以下步骤:
步骤一、搭建用于控制软机器人移动的可控磁场操纵台;
所述可控磁场操纵台包括铝型材(1)、光轴支撑座(2)、光轴(3)、横向移动平台(4)、纵向移动平台(5)、纵向丝杆(7)、平台(8)、磁体(9)、丝杆支撑座(10)、横向丝杆(11)和立柱(12),立柱(12)的两端分别与铝型材(1)、平台(8)固定连接,光轴(3)穿过横向移动平台(4)下方,与横向移动平台(4)滑动连接,两端插入光轴支撑座(2)中固定,光轴支撑座(2)固定在铝型材(1)上;横向丝杆(11)的两端插入横向丝杆支撑座中,再通过丝杆螺母座和丝杆螺母与横向移动平台(4)连接,横向丝杆支撑座固定在铝型材(1)上;纵向丝杆(7)的两端插入纵向丝杆支撑座(10)中,再通过丝杆螺母座和丝杆螺母与纵向移动平台(5)连接,纵向丝杆支撑座(10)固定在横向移动平台(4)上;磁体(9)固定在纵向移动平台上;通过控制横向丝杆(11)转动带动横向移动平台(4)在X轴方向上前后移动;通过控制纵向丝杆(7)转动带动纵向移动平台(5)在Y轴方向上前后移动;磁体(9)分为前磁体和后磁体,分别用于控制前端致动器(15)和后端致动器(18);
步骤二、首先控制软机器人的后端致动器(18)沿Y轴方向移动,前端致动器(15)保持不动,随着后端致动器(18)不断向前移动,前端致动器(15)与X轴方向的夹角达到最大夹角θmax,前端致动器(15)在控制台的控制与摩擦力的作用下向前移动,实现软机器人的直线运动;
步骤三、首先控制软机器人的后端致动器(18)沿X轴方向偏转,前端致动器(15)保持不动,随着后端致动器(18)不断偏转,软机器人绕Z轴方向达到最大转角σmax,前端致动器(15)在控制台的控制及摩擦力的作用下绕Z轴方向偏转运动,实现软机器人的偏转运动;
步骤四、通过步骤二、步骤三控制软机器人在小型管道中移动,前端致动器(15)上的照明光源(14)用于照明,微型摄像头(13)拍摄管道内部环境,通过缆线将小型管道内部的实际工况反馈到PC终端,实现小型管道内部的探测、检验。
6.如权利要求5所述一种用于小型管道探测的尺蠖型磁控软机器人的使用方法,其特征在于:控制软机器人进行直线运动的具体步骤为:步骤2.1、可控磁场操作台控制后磁体沿着Y轴方向移动,前磁体保存不动,软机器人后端致动器受后磁体影响向前推动;前端致动器因为与外部接触面积较大,摩擦力也较大,并且受到前磁体的影响,保持静止;
步骤2.2、随着软机器人后端致动器向前推动,中间变形梁的弹性势能以及重力势能增加,前端致动器与地面的摩擦力增大至一个临界值,此时前端致动器与X轴方向的夹角为θmax,后磁体停止运动,前磁体带动前端致动器沿Y轴方向向前移动,直至软机器人恢复至初始水平状态;
步骤2.3、当软机器人恢复至水平状态时,软机器人的下方支撑腿与地面接触,此时前端致动器停止运动,返回步骤2.1,实现软机器人的直线运动。
7.如权利要求5所述一种用于小型管道探测的尺蠖型磁控软机器人的使用方法,其特征在于:控制软机器人进行偏转运动的具体步骤为:步骤3.1、可控磁场操纵台控制后磁体向X轴方向偏转移动,前磁体保持不动,软机器人后端致动器受后磁体影响也随之偏转;前端致动器因为与外部接触面积较大,摩擦力也较大,并且受到前磁体吸力的影响,保持静止;
步骤3.2、随着后端致动器运动,软机器人整体绕Z轴方向偏转,中间变形梁弹性势能增加,使得前端致动器与地面的摩擦力增大至一个临界值,此时软机器人绕Z轴方向的最大转角为σmax,后磁体停止运动,前磁体带动前端致动器绕Z轴方向偏转运动,直至身体恢复至初始平直状态,实现软机器人的偏转运动。