[0005] 针对现有技术的不足，本发明提出了一种用于小型管道探测的尺蠖型磁控软机器人及使用方法，采用多材料3D打印技术，提供了一种用于小型管道探测的尺蠖型磁控软机器人，能够实现多种运动模式，使机器人更好地在复杂的环境中移动。并且所设计的软体机器人头部装有微型摄像头和微型照明灯，可实现在小型黑暗管道自由移动和拍摄管道内部画面。
[0006] 一种用于小型管道探测的尺蠖型磁控软机器人，包括前端致动器、中间致动器以及后端致动器。
[0007] 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，通过缆线将小型管道内部的实际工况反馈到PC终端。
[0008] 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。中间变形梁的两侧均设置有多个横向凹槽，底部的两端均设置有两个凸台，作为软机器人下部支撑脚，凸台的位置与各横向凹槽均不重叠。
[0009] 作为优选，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。
[0010] 作为优选，中间变形梁同一侧的横向凹槽的数量为10个；每个横向凹槽的宽度为0.8mm；相邻两个横向凹槽的间距为0.8mm。
[0011] 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，具体包括以下步骤：
[0012] 步骤一、搭建用于控制软机器人移动的可控磁场操纵台。
[0013] 所述可控磁场操纵台包括两轴移动单元、铝型材、光轴、平台和立柱；
[0014] 两轴移动单元包括横向移动平台、纵向移动平台、纵向丝杆、磁体和横向丝杆；其中横向丝杆固定在铝型材上，并与横向移动平台底部的螺母构成螺旋副；纵向丝杆固定在横向移动平台上，并与纵向移动平台底部的螺母构成螺旋副；磁体固定在纵向移动平台上，分为前磁体和后磁体，分别用于控制前端致动器和后端致动器；光轴穿过两个两轴移动单元的横向移动平台的下方，与横向移动平台滑动连接，两端固定在铝型材上；平台通过立柱固定在铝型材上；通过控制横向丝杆转动带动横向移动平台在X轴方向上移动；通过控制纵向丝杆转动带动纵向移动平台在Y轴方向上移动。通过控制横向丝杆转动，带动横向移动平台在X轴方向上前后移动。通过控制纵向丝杆转动，带动纵向移动平台在Y轴方向上前后移动。两个磁体为前磁体和后磁体，分别用于控制前端致动器和后端致动器。
[0015] 步骤二、控制软机器人的后端致动器沿Y轴方向移动，然后摩擦力带动前端致动器向前移动，实现软机器人的直线运动，具体步骤如下：
[0016] 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。
[0017] 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。
[0018] 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。
[0019] 步骤三、控制软机器人的后端致动器沿X轴方向偏转，然后摩擦力带动前端致动器沿Z轴方向偏转，实现软机器人的偏转运动，具体步骤如下：
[0020] 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。
[0021] 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。
[0022] 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，前端致动器上的照明光源用于照明，微型摄像头拍摄管道内部环境，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。
[0023] 本发明具有以下有益效果：
[0024] 1、在软机器人的前端致动器安装微型摄像头和照明光源，可以控制其潜入小型管道内检测管道是否存在破损或者堵塞物，探测的信息通过缆线将内部的实际工况反馈到PC终端。
[0025] 2、仿照自然界尺蠖的结构和运动原理，通过有限元仿真的方法进行了结构上的优化，可以实现较大的弯曲变形，并且拥有x轴和z轴两个维度的弯曲，运动更加多变，适应各种复杂环境。
[0026] 3、软机器人采用多材料3D打印技术，整体一次性打印制作而成，精度准确，避免了多次打印、铸模浇铸而产生的误差。并且结构全软，可通过柔性变形通过窄缝等狭小的管道。
