1.本發明屬于軟體機器人設計領域，具體涉及一種基于子母折紙的形狀記憶合金絲驅動軟體機器人。
背景技術：2.剛性機器人由于其笨重、僵硬的框架，不適合收納、運輸或者在狹小的空間中工作，從而如何設計輕質、柔順的軟體機器人成為科學界以及工程領域的重要研究課題之一。
3.近幾十年來，研究人員提出了一種新的結構，稱為折紙。折紙這個術語用來描述一種古老的折疊藝術，ori的詞根表示折疊，而-gami表示紙張。折紙術的基本理論是將一張紙從二維變形為三維幾何鑲嵌，近幾十年來，這一思想的研究和應用超出了純粹的美學目的。在剛性折紙圖案中，折痕線包圍的表面在折疊過程中不允許拉伸或彎曲。剛性折疊、平面折疊和可展的特性使剛性折紙結構具有廣泛的潛在應用，作為一種基本的剛性折紙圖案，miura折紙具有幾何簡單性和優異的機械性能，并能從運動學角度唯一地描述其運動，這種新穎的結構引起了研究人員的注意，并對這種結構的許多不同方面進行了研究。
4.由于折紙結構的可折疊性與特殊的力學性質，它可以作為如形狀記憶合金絲之類的輕質、柔順驅動材料的良好載體，組成具有移動能力的軟體機器人。
技術實現要素：5.為了克服現有技術的不足，本發明提供了一種基于子母折紙的形狀記憶合金絲驅動軟體機器人。
6.本發明提供了一種基于子母折紙的形狀記憶合金絲驅動軟體機器人，其特征在于，包括子母折紙主體和兩根形狀記憶合金絲，所述子母折紙主體由兩個子結構、兩個母結構組成。所述子結構和母結構均為折紙管結構，且所述折紙管結構是由兩個完全相同的miura折紙基本單元組成的管狀結構，折紙管結構關于中間四條折痕線組成的中間對稱面左右對稱，兩側管口呈菱形；所述子結構與母結構結構相同，子結構尺寸為母結構尺寸的0.5-0.7倍；
7.所述基于子母折紙的形狀記憶合金絲驅動軟體機器人采用如下方法制作：
8.1)兩個母結構以相同的姿態排列，且使兩個母結構各自的中間對稱面、前后兩側的管壁面均處于豎直狀態；將兩個母結構緊靠，使兩者互補的管壁面互相接觸，且中間對稱面共面；
9.2)上下顛倒其中一個母結構，仍使互補的管壁面接觸且中間對稱面共面；調整其中一個母結構的高度，使一個母結構兩側管口的右下角與另一個母結構兩側管口的左上角貼合，以此狀態黏貼兩個母結構使其相互固定；
10.3)在兩個母結構的正下方以與母結構相同的姿態各自固定一個子結構，并使兩個子結構互補的兩個管壁面貼合固定；四個折紙管結構的中間對稱面位于豎直平面且共面；
11.4)兩個子結構在下，使兩個子結構的三個頂點接觸支撐面，放置該折紙主體，將此
朝向規定為正放；在兩個母結構下表面的三個尖端處分別粘貼一塊硅膠泡沫，使一根形狀記憶合金絲穿過下表面的三個硅膠泡沫并呈u形；在兩個母結構上表面的山線和兩個尖端處分別粘貼一塊硅膠泡沫，使一根形狀記憶合金絲穿過上表面的三個硅膠泡沫并呈w形。
12.作為本發明的優選方案，所述子結構尺寸為母結構尺寸的0.6倍。
13.作為本發明的優選方案，所述形狀記憶合金絲與折紙主體的固定點之間設置有硅膠泡沫，硅膠泡沫固定在折紙主體的固定點上形狀記憶合金絲穿過硅膠泡沫進行固定。
14.作為本發明的優選方案，母結構下表面的形狀記憶合金絲的長度要滿足在穿過下表面的全部硅膠泡沫后，頭尾兩端能在折紙主體正放于水平面上時觸地。
15.作為本發明的優選方案，母結構上表面的形狀記憶合金絲長度要滿足在穿過上表面全部硅膠泡沫后，頭尾兩端的余量足夠繞連接電源用的導線。
16.作為本發明的優選方案，兩根形狀記憶合金絲外接電源，且兩根形狀記憶合金絲交替接受電信號。
17.作為本發明的優選方案，兩根形狀記憶合金絲在無約束且通電狀態下呈直線形。
18.作為本發明的優選方案，形狀記憶合金絲的u形結構或w形結構關于折紙主體的中間對稱面對稱。
19.作為本發明的優選方案，所述的形狀記憶合金絲為0.5mm單程的形狀記憶合金絲，優選為sma絲。
20.與現有技術相比，本發明的機器人由兩對尺寸不同的miura折紙管組成的子母折紙，具有顯著的抗彎、抗扭能力，從而只能在折疊方向上發生明顯的變形，因而有利于接受形狀記憶合金絲的驅動，產生定向的變形。并且本發明對形狀記憶合金絲u形的特殊布置方式可以有效地將形狀記憶合金絲產生的力轉化為使折紙結構折疊的力，從而完成折紙結構整體的驅動。子母折紙結構特殊的支撐方式也保證了機器人站立的平穩性，并提供有助于移動的各向異性摩擦機制。
附圖說明
21.圖1為本發明子母折紙主體的結構示意圖(側視視角)；
22.圖2為本發明基于子母折紙的形狀記憶合金絲驅動軟體機器人的結構示意圖；
23.圖3為本發明基于子母折紙的形狀記憶合金絲驅動軟體機器人的底部結構示意圖；
24.圖4為本發明基于子母折紙的形狀記憶合金絲驅動軟體機器人壓縮狀態示意圖；
25.圖5為本發明子、母結構制作示意圖。
26.圖中，母結構1、子結構2、硅膠泡沫3、頂部sma絲4、底部sma絲5。
具體實施方式
27.下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
28.需要說明，本發明實施例中所有方向性指示(諸如上、下、左、右、前、后
……
)僅用
于解釋在某一特定姿態(如附圖所示)下各部件之間的相對位置關系、運動情況等，如果該特定姿態發生改變時，則該方向性指示也相應地隨之改變。
29.如圖1-5所示，本實施例提供了一種基于子母折紙的形狀記憶合金絲驅動軟體機器人，其包括子母折紙主體和兩根sma絲，如圖1所示，所述子母折紙主體由兩個子結構2、兩個母結構1組成。所述子結構2和母結構1均為折紙管結構，且所述折紙管結構是由兩個完全相同的miura折紙基本單元組成的管狀結構(圖5所示)，折紙管結構關于中間四條折痕線組成的中間對稱面左右對稱，兩側管口呈菱形；所述子結構與母結構結構相同，子結構尺寸為母結構尺寸的 0.6倍。
30.如圖5所示，子、母結構可以采用如下方法制作：1)用激光雕刻機分別雕刻出已規劃設計的組成子結構的4個miura基本單元以及組成母結構的4個 miura基本單元的折痕線，其折痕圖如圖5(a)所示，其中，組成子結構的 miura基本單元尺寸是母結構的miura基本單元的0.6倍；2)折疊折痕，使 miura基本單元從二維結構變化為三維結構；3)將兩相同的miura基本單元鏡像接合成一個管狀結構，邊緣向內折疊，以便于連接。
31.如圖1-5所示，在一個可選的實施例中，所述基于子母折紙的形狀記憶合金絲驅動軟體機器人采用如下方法制作：
32.1)兩個母結構以相同的姿態排列，且使兩個母結構各自的中間對稱面、前后兩側的管壁面均處于豎直狀態；將兩個母結構緊靠，使兩者互補的管壁面互相接觸，且中間對稱面共面；
33.2)上下顛倒其中一個母結構，仍使互補的管壁面接觸且中間對稱面共面；調整其中一個母結構的高度，使一個母結構兩側管口的右下角與另一個母結構兩側管口的左上角貼合，以此狀態黏貼兩個母結構使其相互固定；
34.3)在兩個母結構的正下方以與母結構相同的姿態各自固定一個子結構，并使兩個子結構互補的兩個管壁面貼合固定；四個折紙管結構的中間對稱面位于豎直平面且共面；
35.4)兩個子結構在下，使兩個子結構的三個頂點接觸支撐面，放置該折紙主體，將此朝向規定為正放(子母折紙結構特殊的支撐方式也保證了機器人站立的平穩性，并提供有助于移動的各向異性摩擦機制)；在兩個母結構下表面的三個尖端處分別粘貼一塊硅膠泡沫3，使一根底部sma絲5穿過下表面的三個硅膠泡沫并呈u形；在兩個母結構上表面的山線和兩個尖端處分別粘貼一塊硅膠泡沫3，使一根頂部sma絲4穿過上表面的三個硅膠泡沫并呈w形。
36.溫控形狀記憶合金絲在加熱時會產生相變以及變形，從而對其上的約束部分產生力。如圖2與3，本發明完成了由形狀記憶合金絲構成的柔順的雙程執行器，圖4為本發明基于子母折紙的形狀記憶合金絲驅動軟體機器人壓縮狀態示意圖。在由可編程電源產生的周期性電信號的加熱下，一對形狀記憶合金絲分別產生相應的熱信號，折紙結構因此具備折疊-展開的周期性行為，而并不會因為形狀記憶合金絲的力產生不希望的形式的形變。而機器人爬行時，其裝配的形狀記憶合金絲與地面接觸部分剛度的變化可以創造各向異性摩擦機制，在這種摩擦機制的幫助下機器人將產生定向的運動。本發明將機器人放置于光滑、平整的地面并施加電信號，機器人以周期性的行為爬行。
37.本發明將兩根sma絲分別與兩電源相連，每根sma絲的頭尾兩端與同一個電源的正負極相連。打開母結構下表面的底部sma絲5所連電源，則該 sma絲通電變直，由于折紙結構
底面的摩擦力各向異性，機器人頭部得以向前而尾部不動；關閉該電源，打開母結構上表面的頂部sma絲4所連電源，則該 sma絲通電變直，由于折紙結構底面的摩擦力各向異性，機器人尾部得以向前而頭部不動，交替并周期性的使底部sma絲5和頂部sma絲4通電，從而機器人得以向前運動。
38.如圖1所示，本實施例展現了一種結構簡單但具有功能性力學性能的折紙結構——子母折紙，它具有特殊的力學性能如強抗彎能力、抗扭轉能力以及穩定的站立能力；子母折紙的力學性能不僅能為機器人服務，也具有更廣泛的應用。
39.本發明通過合理設計折紙結構，將能夠簡單地引導柔順的執行機構(如形狀記憶合金絲)對結構產生定向的力，完成指定的驅動行為。通過實驗，本發明已經證明了這種方法能夠應用于軟體機器人物理結構與執行機構的設計，并實現具有自主移動能力的軟體機器人。該成果拓展了軟體機器人結構設計方法，為基于折紙的軟體機器人的設計提供了一種新的思路。