[0035] 以下结合附图对本发明进一步说明。
[0036] 实施例1
[0037] 如图1和4所示，一种自激励式软体气动蠕动机器人，包括机器人主体、自激励驱动模块和换向控制阀7。机器人主体包括驱动弹性单元6和转向弹性单元4。驱动弹性单元6 共有三个；三个驱动弹性单元6依次首尾连接，用于通过伸缩蠕动来驱动机器人主体前进。转向弹性单元4设置在机器人主体的头端，用于通过自身的弯曲偏转来控制机器人主体的转向。驱动弹性单元6和转向弹性单元4的底部均设置有单向弹卡组件5。单向弹卡组件5 包括多个单向卡5‑1和多个减震弹簧5‑2。各单向卡5‑1的顶端与对应的驱动弹性单元6或转向弹性单元4的主体固定，底端倾斜朝向机器人主体的尾端。单向卡5‑1的底端呈尖锐状。由于单向卡5‑1的形状和朝向(在前进方向上单向卡为光滑曲面，减小与地面的摩擦力，在后退方向上与地面接触的区域为锋利的刃部，与地面接触形成反方向移动自锁)，使得单向卡5‑1在地面上前进时的阻力显著小于后退时的阻力；因此，当驱动弹性单元6 或转向弹性单元4进行一次伸长和缩短后，驱动弹性单元6或转向弹性单元4前进一段。各减震弹簧5‑2的顶端与对应的驱动弹性单元6或转向弹性单元4的主体固定；减震弹簧 5‑2起到减震的作用。
[0038] 如图2所示，转向弹性单元4的整体材料为弹性材料，呈波纹管状。转向弹性单元4 内部设有相互的左腔室4‑2和右腔室4‑1。左腔室4‑2、右腔室4‑1分别位于转向弹性单元 4中心线的左右两侧；当左腔室4‑2输入气体时，转向弹性单元4的左侧伸长，使得转向弹性单元4整体向右弯曲。当右腔室4‑1输入气体时，转向弹性单元4的右侧伸长，使得转向弹性单元4整体向左弯曲。由此实现了，机器人主体的转型。本实施例中所述的“左”、“右”分别为机器人主体前进方向的左侧、右侧。转向弹性单元4上开设有左进气孔4‑4 和右进气孔4‑3。左进气孔4‑4、右进气孔4‑3与左腔室4‑2、右腔室4‑1分别连通。
[0039] 如图3所示，驱动弹性单元6的整体材料为弹性材料，呈波纹管状，受到输入气压时伸长，输入气压消失后恢复原状。驱动弹性单元6内设置有伸缩腔室6‑1。驱动弹性单元6 上开设有伸缩进气孔6‑2。伸缩进气孔6‑2与伸缩腔室6‑1连通。驱动弹性单元6底部为矩形平面，上部呈波浪状。前后面为平面。
[0040] 如图5所示，自激励驱动模块包括软管1、自激励外框架2、磁屏蔽箔板3和自激励永磁阀单元8。经过退火处理的磁屏蔽箔板3呈十字型，将自激励外框架2的内部分隔出四个安装腔。四个自激励永磁阀单元8分别安装在四个安装腔内。磁屏蔽箔板3经过退火处理，能够屏蔽磁力，在其作用下，四个自激励永磁阀单元8相互之间不发生干扰。
[0041] 自激励永磁阀单元8包括自激励阀壳、堵气永磁体8‑11、第一固定永磁体8‑10、第二固定永磁体8‑3、滑动永磁体8‑9、自激励偏管8‑1、气压膨胀管8‑7和自激励约束口8‑14。自激励阀壳包括主架8‑2和副架8‑8。主架8‑2与副架8‑8并排固定在一起。第二固定永磁体
8‑3、堵气永磁体8‑11、第一固定永磁体8‑10、滑动永磁体8‑9依次排列安装在自激励阀壳内(图中4中由右向左)，且依次相互吸引(即磁极朝向相同，第二固定永磁体8‑3 与堵气永磁体8‑11的相对端极性相反；堵气永磁体8‑11与第一固定永磁体8‑10的相对端极性相反；第一固定永磁体8‑10与滑动永磁体8‑9的相对端极性相反)。
[0042] 第二固定永磁体8‑3与主架8‑2固定。堵气永磁体8‑11与主架8‑2的内腔滑动连接，且滑动方向平行于该四个永磁体的排列方向。第一固定永磁体8‑10与副架8‑8固定。滑动永磁体8‑9与副架8‑8的内腔滑动连接，且滑动方向平行于该四个永磁体的排列方向。堵气永磁体8‑11与主架8‑2的内腔之间设置有多个第一滚珠8‑13来减小摩擦力；滑动永磁体 8‑9与副架8‑8的内腔之间设置有多个第二滚珠8‑15来减小摩擦力；第一固定永磁体8‑10 与滑动永磁体8‑9之间设置有气压膨胀管8‑7。当气压膨胀管8‑7充入气体膨胀时，将推动滑动永磁体8‑9远离第一固定永磁体8‑10。
[0043] 主架8‑2的外侧开设有自激励约束口8‑14。自激励偏管8‑1和端部封闭管8‑4均穿过自激励约束口8‑14。自激励偏管8‑1和端部封闭管8‑4均采用膨胀气管，当内部气压增大时将沿径向涨大；若端部封闭管8‑4内的气压升高至大于自激励偏管8‑1内的气压，则端部封闭管8‑4涨大，在自激励约束口8‑14内挤压自激励偏管8‑1，使得自激励偏管8‑1在挤压下截止，无法通气。反之同理，若自激励偏管8‑1内的气压升高至大于端部封闭管8‑4 内的气压，则自激励偏管8‑1涨大，使得于端部封闭管8‑4在挤压下截止。
[0044] 端部封闭管8‑4和自激励偏管8‑1的内端(即进气端)连接在一起，作为自激励永磁阀单元8的进气口，通过软管1连接到驱动气源。端部封闭管8‑4和自激励偏管8‑1的外端伸入主架8‑2内。端部封闭管8‑4穿过第二固定永磁体8‑3与堵气永磁体8‑11之间；自激励偏管8‑1穿过堵气永磁体8‑11与第一固定永磁体8‑10之间。自激励偏管8‑1和端部封闭管8‑4靠近堵气永磁体8‑11侧面均开有自激励漏气口8‑12。
[0045] 堵气永磁体8‑11抵住端部封闭管8‑4的自激励漏气口8‑12时能够使得端部封闭管8‑4 不漏气；堵气永磁体8‑11抵住自激励偏管8‑1的自激励漏气口8‑12时能够使得自激励偏管 8‑1不漏气。初始状态下，堵气永磁体8‑11在第一固定永磁体8‑10、滑动永磁体8‑9的吸附下抵住端部封闭管8‑4的自激励漏气口8‑12。端部封闭管8‑4的外端端部封闭；自激励偏管8‑1的外端端部开口与第一输出管8‑5和第二输出管8‑6的一端连通。
[0046] 如图4所示，四个自激励永磁阀单元8通过第二输出管8‑6和气压膨胀管8‑7依次首尾相连成闭环(即最后一个自激励永磁阀单元8与第一个自激励永磁阀单元8连接)；前一个自激励永磁阀单元8内的第二输出管8‑6连接到后一个自激励永磁阀单元8内的气压膨胀管8‑7，形成闭合回路。因此，当前一个自激励永磁阀单元8内的第二输出管8‑6输出气流时，后一个自激励永磁阀单元8内的气压膨胀管8‑7将充气膨胀推开滑动永磁体8‑9。
[0047] 四个自激励永磁阀单元8的第一输出管8‑5作为自激励驱动模块的四个自激励出气口。其中一个自激励永磁阀单元8的端部封闭管8‑4上自激励漏气口8‑12的截面积大于其他三个自激励驱动模块内端部封闭管8‑4上自激励漏气口8‑12的截面积。使得气压相同的情况下，端部封闭管8‑4自激励漏气口8‑12的截面积的那个自激励驱动模块内的堵气永磁体 8‑11会最先被推出。
[0048] 四个自激励永磁阀单元8相配合工作的过程如下：
[0049] 如图6所示，向四个自激励永磁阀单元8内的自激励偏管8‑1和端部封闭管8‑4输入恒定气压流；初始状态下，各自激励驱动模块内堵气永磁体8‑11受到来自第一固定永磁体 8‑10和滑动永磁体8‑9的吸引合力Fa，也受到端部封闭管8‑4的自激励漏气口8‑12处的气压力与第二固定永磁体8‑3d吸引力的合力Fb；力Fa与力Fb方向相反，且Fa＞Fb。此时，堵气永磁体8‑11紧靠第一固定永磁体8‑10。
[0050] 如图7所示，端部封闭管8‑4上自激励漏气口8‑12最大的那个自激励驱动模块内的堵气永磁体8‑11被推向自激励偏管8‑1，抵住自激励偏管8‑1的自激励漏气口8‑12。输入自激励偏管8‑1的气流不再从自激励漏气口8‑12漏出，而是输出到第一输出管8‑5和第二输出管8‑6。第二输出管8‑6将气体输出到后一个自激励永磁阀单元8内的气压膨胀管8‑7中，使得后一个自激励永磁阀单元8内的气压膨胀管8‑7膨胀推开滑动永磁体8‑9，进一步让后一个自激励永磁阀单元8内堵气永磁体8‑11受到的第一固定永磁体8‑10和滑动永磁体8‑9 的吸引合力Fa减小，此时Fa＜Fb；后一个自激励永磁阀单元8内堵气永磁体8‑11滑动抵住对应自激励偏管8‑1的自激励漏气口8‑12，将气体输出到后一个自激励永磁阀单元8的第一输出管8‑5和第二输出管8‑6；同时，前一个自激励永磁阀单元8内堵气永磁体8‑11 又受到对应的自激励偏管8‑1的自激励漏气口8‑12的气压力的推动，重新恢复到到抵住端部封闭管8‑4的自激励漏气口8‑12，后一个自激励永磁阀单元8内气压膨胀管8‑7内的气体漏出恢复原状，使得后一个自激励永磁阀单元8内的滑动永磁体8‑9也复位。依此循环往复，则自激励驱动模块在稳定气压流输入的情况下，实现了四个自激励出气口(四根第一输出管8‑5)依次交替输出气体，实现了自激励输出。自激励驱动模块的四个自激励出气口在其内部自身的控制作用下使其周期性地输出充压释压气流，从而能够输出具有一定相位差且稳定的行波气流源。
[0051] 如图8所示，换向控制阀7包括控制阀自激励支架7‑2、受吸封闭块7‑10、第一电磁铁7‑3、第二电磁铁7‑7、弹簧7‑9、第一电路开关7‑4、第二电路开关7‑6、电池7‑5、控制偏管7‑1和控制阀约束口7‑13。受吸封闭块7‑10采用铁磁性材料或永磁体。第一电磁铁7‑3、第二电磁铁7‑7分别固定在控制阀自激励支架7‑2的两侧。为第一电磁铁7‑3和第二电磁铁 7‑7供电的电池7‑5、控制第一电磁铁7‑3的第一电路开关7‑4和控制第二电磁铁7‑7的第二电路开关7‑6均安装在控制阀自激励支架7‑2；
[0052] 受吸封闭块7‑10滑动连接在控制阀自激励支架7‑2内；受吸封闭块7‑10与控制阀自激励支架7‑2之间设置有多颗第三滚珠7‑11。受吸封闭块7‑10与控制阀自激励支架7‑2的内侧壁通过弹簧7‑9连接；弹簧7‑9使得受吸封闭块7‑10在初始状态下，处于第一电磁铁7‑3 与第二电磁铁7‑7的正中位置。控制阀自激励支架7‑2的外侧开设有控制阀约束口7‑13。控制偏管7‑1共有两根。两根控制偏管7‑1均穿过控制阀约束口7‑13。控制偏管7‑1采用膨胀气管，当内部气压增大时将沿径向涨大；其中一根控制偏管7‑1内的气压升高涨大时，能够挤压另一根控制偏管7‑1使其截止。
[0053] 两根控制偏管7‑1均穿过控制阀自激励支架7‑2并伸出；其中一根控制偏管7‑1穿过第一电磁铁7‑3与受吸封闭块7‑10之间；另一根控制偏管7‑1穿过第二电磁铁7‑7与受吸封闭块7‑10之间。两根控制偏管7‑1靠近受吸封闭块7‑10的一侧开设有控制阀漏气口7‑8。两根控制偏管7‑1的外端分别为换向控制阀的两个输出口。在两根控制偏管7‑1的控制阀漏气口7‑8均未被受吸封闭块7‑10堵住的情况下，输入两根控制偏管7‑1的气体均从控制阀漏气口7‑8流失。当其中一根控制偏管7‑1的控制阀漏气口7‑8被受吸封闭块7‑10堵住的情况下，该控制偏管7‑1将输出气流。因此，可以通过控制第一电磁铁7‑3或第二电磁铁7‑7的通断电来控制换向控制阀中的任意一个输出口输出气流。两根控制偏管7‑1的内端连接在一起，作为换向控制阀的进气口。两根控制偏管7‑1的外端分别为换向控制阀的两个选择出气口。其中一根控制偏管7‑1的控制阀漏气口7‑8被堵住时，该控制偏管7‑1 将在控制阀约束口7‑13膨胀，从而挤压截止另一根控制偏管7‑1，避免输入换向控制阀的气体从未被堵住的控制偏管7‑1的控制阀漏气口7‑8处泄露
[0054] 自激励驱动模块的其中三个自激励出气口(即其中三个自激励永磁阀单元8的第一输出管8‑5)与三个驱动弹性单元6的伸缩进气孔6‑2分别连接；自激励驱动模块的第四个自激励出气口连接到换向控制阀的进气口。换向控制阀的两个选择出气口与转向弹性单元4 左进气孔4‑4、右进气孔4‑3分别连接。
[0055] 当自激励驱动模块运行时，四个自激励出气口交替输出气体和释压，其中三个自激励出气口带动三个驱动弹性单元6交替伸长缩短，实现机器人主体的前进；在不需要转向时，换向控制阀内的第一电磁铁7‑3和第二电磁铁7‑7均不通电；自激励驱动模块的第四个自激励出气口输出的气流在换向控制阀中释压，不影响转向弹性单元4。当需要左转时，第二电磁铁7‑7通电，将自激励驱动模块的第四个自激励出气口输出的气体导入右进气孔 4‑3，使得转向弹性单元4的右侧伸长后缩短，实现向左转弯当需要右转时，第一电磁铁 7‑3通电，将自激励驱动模块的第四个自激励出气口输出的气体导入左进气孔4‑4，使得转向弹性单元4的左侧伸长后缩短，实现向右转弯。换向控制阀7嵌入信号接收器与电源。换向控制阀
7利用的外部无线信号，人为地控制转向驱动单元左右腔室的充压与释压，从而达到本发明机器人的方向控制。
[0056] 该自激励式软体机器人的驱动方法，具体如下：
[0057] 步骤一、开启驱动气源，向四个自激励永磁阀单元8的进气口输入稳定的气流。四个自激励永磁阀单元8的初始状态均为堵气永磁体8‑11紧靠端部封闭管8‑4，封住了端部封闭管8‑4上的自激励漏气口8‑12，使得输入端部封闭管8‑4的气体不会泄露。随着气体的输入，端部封闭管8‑4内的气压升高且开始沿径向膨胀，膨胀后的端部封闭管8‑4在自激励约束口8‑14内挤压自激励偏管8‑1，使得自激励偏管8‑1在自激励约束口8‑14处被截止。同时，堵气永磁体8‑11收到端部封闭管8‑4内的气压通过自激励漏气口8‑12带来的推力(气压力)，且该推力随着气体不断输出端部封闭管8‑4而持续变大。
[0058] 步骤二、端部封闭管8‑4上自激励漏气口8‑12截面积最大的那个自激励驱动模块中的堵气永磁体8‑11受到的推力大于另三个自激励驱动模块中的堵气永磁体8‑11受到的推力受到的推力，故最先被推向第二固定永磁体8‑3。该堵气永磁体8‑11被第二固定永磁体8‑3 吸住后，端部封闭管8‑4的自激励漏气口8‑12处泄露，端部封闭管8‑4释压；自激励偏管
8‑1的自激励漏气口8‑12被堵气永磁体8‑11堵塞，自激励偏管8‑1输入气体，内部气压升高且开始沿径向膨胀，膨胀后的自激励偏管8‑1在自激励约束口8‑14内挤压端部封闭管 8‑4，使得自激励偏管8‑1在自激励约束口8‑14处被截止。气体从第一输出管8‑5和第二输出管8‑
6输出；第二输出管8‑6输出的气体进入后一个自激励永磁阀单元8气压膨胀管8‑7；第一输出管8‑5输出的气体进入换向控制阀或对应的驱动弹性单元6。
[0059] 步骤三、当前一个自激励永磁阀单元8的第二输出管8‑6输出的气体进入后一个自激励永磁阀单元8内的气压膨胀管8‑7后，后一个自激励永磁阀单元8内的气压膨胀管8‑7 膨胀推开滑动永磁体8‑9，进一步让后一个自激励永磁阀单元8内堵气永磁体8‑11受到的第一固定永磁体8‑10和滑动永磁体8‑9的吸引合力Fa减小，使得后一个自激励永磁阀单元8内堵气永磁体8‑11滑向自激励偏管8‑1，将后一个自激励永磁阀单元8的自激励偏管 8‑1的自激励漏气口8‑12堵住，使得后一个自激励永磁阀单元8的第一输出管8‑5和第二输出管8‑6输出气体；同时，前一个自激励永磁阀单元8内堵气永磁体8‑11受到对应的自激励偏管8‑1的自激励漏气口8‑12的气压力的推动，重新滑动到抵住端部封闭管8‑4的自激励漏气口8‑12的位置，使得前一个自激励永磁阀单元8内的自激励偏管8‑1释压，后一个自激励永磁阀单元8内气压膨胀管8‑7漏气恢复原状，进而使得后一个自激励永磁阀单元8滑动永磁体8‑9在第一固定永磁体8‑10的吸力下复位。依此循环往复，则自激励驱动模块在稳定气压流输入的情况下，实现了四个自激励出气口(四根第一输出管8‑5)依次交替输出气体，实现了自激励输出。
[0060] 步骤四、自激励驱动模块启动后，换向控制阀和三个驱动弹性单元6交替输入气体和释压。当驱动弹性单元6输入气体时，驱动弹性单元6伸长，其头端被向前推动；当驱动弹性单元6释压时，驱动弹性单元6缩短，器尾端被向前拉动；由此实现了机器人主体的前进。
[0061] 当机器人主体需要左转时，第二电磁铁7‑7通电，使得连接转向弹性单元4右进气孔 4‑3的控制偏管7‑1的控制阀漏气口7‑8被受吸封闭块7‑10堵住，转向弹性单元4的右腔室4‑1间歇性通入气体和释压；当右腔室4‑1输入气体时，转向弹性单元4的右侧伸长，推动转向弹性单元4的头端向左弯曲。当右腔室4‑1释压时，转向弹性单元4的右侧缩短，拉动转向弹性单元4的尾端向左偏转，由此实现左转。
[0062] 当机器人主体需要右转时，第一电磁铁7‑3通电，使得连接转向弹性单元4左进气孔 4‑4的控制偏管7‑1的控制阀漏气口7‑8被受吸封闭块7‑10堵住，转向弹性单元4的左腔室4‑2间歇性通入气体和释压，由此实现右转。
[0063] 实施例2
[0064] 本实施例与实施例1的区别在于：自激励驱动模块的启动方式不同。四个自激励驱动模块内端部封闭管8‑4上自激励漏气口8‑12的截面积相同；其中一个自激励永磁阀单元8 内滑动永磁体8‑9的外侧面(远离第一固定永磁体8‑10的一侧)与连接杆固定。连接杆伸出自激励驱动模块的自激励支架外；
[0065] 在自激励驱动模块启动(驱动气源开始供气)时，将手动用连接杆将其中一个自激励永磁阀单元8内的滑动永磁体8‑9向远离第一固定永磁体8‑10的一侧拉动，则该自激励永磁阀单元8内的堵气永磁体8‑11开始动作，实现自激励驱动模块的启动。
[0066] 实施例3
[0067] 本实施例与实施例2的区别在于：自激励驱动模块的启动方式不同。不设连接杆；其中一个自激励永磁阀单元8内滑动永磁体8‑9的外侧间隔安装一个启动电磁铁；启动电磁铁固定在自激励支架上。在启动电磁铁通电时，滑动永磁体8‑9受到吸引，向远离第一固定永磁体8‑10的一侧运动。
[0068] 在自激励驱动模块启动时，启动电磁铁通电，带动第一固定永磁体8‑10运动，实现自激励驱动模块的启动。之后，启动电磁铁断电。
