具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本实施例公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

请参阅图1-3，本发明的一个实施例中，一种球状空间架构可变形软体机器人，所述球状空间架构可变形软体机器人包括壳体集成、驱动及控制模块，所述壳体集成是由多个可变形的六面集合体围合而成的球状空间结构；且所述壳体集成在完全展开状态下，所述的多个可变形的六面集合体构成直线型结构；所述驱动及控制模块安装在壳体集成的内部，所述驱动及控制模块能够控制六面集合体围合和展开，以在球状空间结构与直线型结构之间相互切换，完成爬行运动。

本实施例中，所述壳体集成由柔性材料经3D打印一体成型，柔性材料可选用TPU-75A材料(TPU，热塑性聚氨酯弹性体)，采用Raise 3D N2 Plus打印机一次打印成型；这样的话，生产的壳体集成具有足够的强度和柔韧性，在打印时，在球状空间结构的变形关键部位采用局部线条加强，保留了软体机器人柔韧性的同时解决了一般软体机器人承载能力弱的问题；

所述的六面集合体的数量有七个，分别为六面集合体A111、六面集合体B112、六面集合体C113、六面集合体D114、六面集合体E115、六面集合体F116、六面集合体G117；依次固定连接构成球状空间结构，在六面集合体A111与六面集合体G117相对的一端为自由端，使得驱动及控制模块施加驱动力于部分六面集合体如六面集合体A111、六面集合体G117时，六面集合体A111、六面集合体G117能够展开并立于地面；而在六面集合体A111、六面集合体G117展开的过程中，相邻的六面集合体B112、六面集合体F116受力的传递影响，也在收缩以辅助六面集合体A111、六面集合体G117的展开，并将其受力传递给相邻的六面集合体C113、六面集合体E115，以及六面集合体D114，实现球状空间结构的整体展开，形成直线型结构；

壳体集成呈直线型结构时：控制驱动及控制模块运行，执行以下步骤：

S21、驱动与六面集合体A111相邻的六面集合体B112展开使壳体集成完全展开；

S22、驱动六面集合体G117收缩，或六面集合体G117依靠自身弹力收缩，带动壳体集成运动；

S23、驱动六面集合体A111收缩，或六面集合体A111依靠自身弹力收缩，带动壳体集成运动；

S24、驱动六面集合体A111展开，带动壳体集成运动；

S25、驱动六面集合体G117展开，带动壳体集成运动；

重复步骤S21-S25的驱动过程，驱动壳体集成持续行走。

上述六面集合体A111、六面集合体G117的驱动过程中，六面集合体A111、六面集合体G117也将其承受的驱动力传递给与之相邻的其余六面集合体，如六面集合体A111、六面集合体G117分别传递驱动力给六面集合体B112、六面集合体F116，同理，六面集合体B112、六面集合体F116分别将其受力传递给相邻的六面集合体C113、六面集合体E115，以及六面集合体D114。

综上所述，本实施例的球状空间结构可变形软体机器人，通过重复步骤S21-S25的驱动过程，将驱动及控制模块和驱动力和壳体集成1中每个六面集合体自身弹力有机结合，实现壳体集成1在球状空间结构与直线型结构之间的相互切换，完成爬行运动；较好的解决了现有的刚性机器人结构复杂，对环境适应性差，在狭小空间内容易受到自身结构限制的问题；球状空间结构可变形软体机器人的质量轻，驱动方便，运动效率高，在不适宜人类工作的特殊环境中能够完成侦查探测任务，有广泛的应用前景。

在本实施例的一个场景中，所述壳体集成由柔性材料经注塑成型，所述的柔性材料可以是橡胶和具有一定弹性形变的塑胶；在注塑成型后对成型工件进行镂空处理，使得成型工件加工成具有球状空间结构状态的壳体集成；

在本实施例的另一个场景中，壳体集成采用分体加工，具体是将壳体集成分为若干六面集合体进行加工，再通过将若干六面集合体进行粘接加工构成一体的壳体集成，此种加工方式对模具的要求较低，且便于批量化生产，对生产的效率和质量提升具有帮助。本实施例中所述六面集合体的数量不限于七个，在满足可构成球状空间结构的条件下，具体的数量可根据实际使用场景灵活的设置，并不局限于七个，受篇幅所限，在此不再赘述。

请参阅图1-3，本发明的另一个实施例中，所述壳体集成包括壳体11和固定件，所述壳体11由多个可变形的六面集合体围合而成，若干所述固定件分别安装在部分六面集合体上，用于安装驱动及控制模块。

具体的，六面集合体的数量有七个，分别为六面集合体A111、六面集合体B112、六面集合体C113、六面集合体D114、六面集合体E115、六面集合体F116、六面集合体G117；所述的固定件分别为内部固定栏A12、内部固定栏B13、内部固定栏C14，并分别安装在六面集合体C113、六面集合体D114、六面集合体E115的内壁；用于安装驱动及控制模块2；

为了提高六面集合体在球状空间结构与直线型结构之间相互切换时的强度，本实施例的另一个场景中，所述六面集合体的顶部弯折处线条尺寸大于面内部的镂空线线条尺寸；所述的六面集合体相邻两个面与面的交线线宽大于面内部的镂空线线条宽度；

本实施例中，在3D打印过程中，对通过六面集合体的顶部弯折处、六面集合体相邻两个面与面的交线处的结构尺寸进行增强，使得每个六面集合体具有较高强度，而六面集合体的各个面设置为较薄的尺寸，并进行镂空设计，既可以实现轻量化设计，又可减轻打印材料的消耗；同时，由于整体的壳体集成较轻，所述的驱动及控制模块2在驱动过程中的能耗也相应降低，有利于提高续航。

本实施例的另一个场景中，如图2所示，若干所述固定件分别安装在部分六面集合体的顶部弯折处。

如上所述，在3D打印过程中，对通过六面集合体的顶部弯折处、六面集合体相邻两个面与面的交线处的结构尺寸进行增强；因此，将固定件设置在六面集合体的顶部弯折处，保证了安装驱动及控制模块2的稳定性和安全性；在驱动及控制模块2实现驱动控制的过程中，不会受到其所在六面集合体的收缩和展开的影响。

请参阅图1、2，本发明的另一个实施例中，所述驱动及控制模块2包括设置于壳体集成内的驱动件和与驱动件电性连接的控制板24，若干所述驱动件分别施加大于六面集合体自身弹力的作用力带动位于壳体集成首尾的六面集合体展开，并在壳体集成展开为直线型结构立于地面后，反向施加作用力结合六面集合体自身弹力切换为球形镂空结构。

本实施例中，所述驱动件包括电机和牵引绳，所述电机安装在壳体集成内，牵引绳的一端卷绕在电机的输出端，牵引绳的另一端固定连接壳体集成首尾的六面集合体、以及与所述壳体集成首尾的六面集合体相邻的六面集合体；

所述电机设有三个，分别组成驱动A21、驱动B22、驱动C23，并分别安装在内部固定栏A12、内部固定栏B13、内部固定栏C14上；进一步的，牵引绳可以采用尼龙绳、碳纤维丝或钢丝绳；

其中，一条尼龙绳作为尼龙绳A，尼龙绳A一端固定在驱动A21的电机输出端，尼龙绳A另一端固定在六面集合体A111自由端顶点处；一条尼龙绳作为尼龙绳B，尼龙绳B一端固定在驱动B22的电机输出端，尼龙绳B另一端固定在六面集合体B112与六面集合体C113相交顶点处；再设一条尼龙绳作为尼龙绳C，尼龙绳C一端固定在驱动C23的电机输出端，尼龙绳C另一端固定在六面集合体G117的自由段顶点处；控制板24为一集成控制板，固定于内部固定栏B13上，分别通过导线与驱动A21、驱动B22和驱动C23的电机相连；控制电机的通断电，以及电机的正反转，实现对尼龙绳A、尼龙绳B、尼龙绳C的收卷。

本实施例中，所述的控制板24可单独驱动驱动A21、驱动B22和驱动C23的电机运行，再通过尼龙绳A、尼龙绳B、尼龙绳C实现对六面集合体A111、六面集合体B112与六面集合体C113，以及六面集合体G117的收缩和展开；软体机器人自身的驱动件、控制板以及辅助支撑结构位于壳体内部，极大的减小了其自身的尺寸，使其在狭窄空间，危险环境、复杂和未知的环境具有很强的适应性。

在另一个场景中，所述驱动件还可带动与位于壳体集成首尾的六面集合体相邻的六面集合体展开。具体是驱动A21的电机运行，对六面集合体A111进行收缩和展开的驱使，间接的对相邻的六面集合体B112实施收缩和展开；驱动C23的电机运行，对六面集合体G117进行收缩和展开的驱使，而间接的对相邻的六面集合体F116实施收缩和展开；进而，实现驱动力渐变的传递，对依次相连的六面集合体F116、六面集合体E115进行驱使。电机、控制板位于壳体内部，极大的减小了其自身的尺寸，使其在狭窄空间，危险环境、复杂和未知的环境具有很强的适应性。

在一个优选场景中，所述的控制板可采用可编程逻辑电路板或开关电源，可编程逻辑电路板或开关电源分别通过导线与驱动A21、驱动B22和驱动C23的电机相连；

所述驱动件还包括角速度传感器或压力传感器；所述的角速度传感器分别设置在驱动A21的电机输出端、驱动B22的电机输出端、驱动C23的电机输出端，用于监测驱动A21、驱动B22、驱动C23的运行状态，包括驱动A21、驱动B22、驱动C23的转速和加速度，在通过驱动A21、驱动B22、驱动C23运行的时间，计算对牵引绳的收卷情况；控制驱动A21、驱动B22、驱动C23的正反转切换；

所述的压力传感器设置在各六面集合体的表面，用于监测各六面集合体的收缩和展开情况，并根据监测情况反馈信号给驱动件的电机；控制电机的正反转切换。

请参阅图1-3，在另一个实施例中，提供了球状空间架构可变形软体机器人的爬行方法，所述爬行方法包括：

壳体集成呈球状空间结构时：

驱动位于壳体集成首尾两端的六面集合体展开，展开后的壳体集成呈直线型结构立于地面；

壳体集成呈直线型结构时：

驱动与壳体集成首端的六面集合体相邻的六面集合体展开使壳体集成完全展开；

驱动位于壳体集成尾端的六面集合体收缩，或位于壳体集成尾端的六面集合体依靠自身弹力收缩，带动壳体集成运动；

驱动位于壳体集成首端的六面集合体收缩，或位于壳体集成首端的六面集合体依靠自身弹力收缩，带动壳体集成运动；

驱动位于壳体集成首端的六面集合体展开，带动壳体集成运动；

驱动位于壳体集成尾端的六面集合体展开，带动壳体集成运动；

重复壳体集成呈直线型结构后的驱动过程，驱动壳体集成持续行走。

具体的，所述的六面集合体有七个，分别为六面集合体A111、六面集合体B112、六面集合体C113、六面集合体D114、六面集合体E115、六面集合体F116、六面集合体G117；设有内部固定栏A12、内部固定栏B13、内部固定栏C14，并分别安装在六面集合体C113、六面集合体D114、六面集合体E115的内壁；用于安装包括有电机、牵引绳、控制板的驱动及控制模块2，所述的牵引绳分别为尼龙绳A、尼龙绳B和尼龙绳C；通过设置电机和牵引绳组成驱动A、驱动B和驱动C，分别用于驱动六面集合体A111、六面集合体B112、六面集合体G117的收缩和展开，并间接控制六面集合体C113、六面集合体D114、六面集合体E115、六面集合体F116的收缩和展开；实现软体机器人在球状空间结构与直线型结构之间的相互切换，完成行走。

本实施例中，所述的球状空间结构与直线型结构之间的相互切换具体分为以下过程：

过程一：壳体集成1初始状态是封闭球状，驱动A21和驱动C23的电机正向转动，在尼龙绳驱动下壳体集成1展开，立于地面；

过程二：驱动B22电机进一步正向旋转，壳体集成1展开至极限状态；

过程三：驱动C23的电机逆向旋转，驱动C23一侧壳体11在自身弹力下恢复原状，拉动软体机器人向前运动；

过程四：驱动A21的电机逆向旋转，驱动A21一侧壳体11在自身弹力作用下恢复原状，软体机器人整体向前移动一段距离；

过程五：驱动A21电机正向旋转，驱动A21一侧壳体11展开，软体机器人向前移动；

过程六：：驱动C23的电机正向旋转，驱动C23一侧壳体11展开，机器人重新达到极限展开状态；

重复过程二至过程六，软体机器人持续向前行走。

本发明的工作原理：所述的壳体集成通过3D打印一体成型，由若干可变形的六面集合体组成；驱动及控制模块设置的电机和牵引绳组成驱动A、驱动B和驱动C，分别用于驱动六面集合体A111、六面集合体B112、六面集合体G117的收缩和展开，并间接控制六面集合体C113、六面集合体D114、六面集合体E115、六面集合体F116的收缩和展开；实现软体机器人在球状空间结构与直线型结构之间的相互切换，完成行走。

需要说明的是，本发明所采用的电机、控制板、角速度传感器和压力传感器均为现有技术的应用，本专业技术人员能够根据相关的描述实现所要达到的功能，或通过相似的技术实现所需完成的技术特性，在这里就不再详细描述。

本领域技术人员在考虑说明书及实施例处的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由权利要求指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。