[发明专利]基于可编程控制的软体致动器的设计方法

说明书

本发明公开了基于可编程控制的软体致动器的设计方法，包括：(1)利用三维绘图软件构建纤维丝状四棱柱模型图；(2)根据构建的模型图，采用不同的柔性材料，结合3D打印技术分段打印，获得单根四棱柱状纤维；所述的纤维分为内外两层，其中，外层由可编程控制亮度的柔性光源环绕组成，每条棱边内部嵌有条状的柔性应变材料；纤维内层由柔性光敏材料组成；(3)继续打印出若干相同的四棱柱状纤维；(4)将所有四棱柱状纤维组合加工，搭建出致动器组织，获得最终的具有软体形变能力的可编程致动器。本发明可有效解决软体致动器的有序编程控制问题，其在实现编程功能后可以进行连接组合实现组合控制，进而实现致动器组织完成多自由度的控制。

技术领域

本发明涉及软体仿生机器人及人工智能领域，具体涉及的是一种基于可编程控制的软体致动器的设计方法。

背景技术

目前软体机器人的研究阶段还处在初级阶段，许多国家也都对它的研究备加重视。但由于生物运动的复杂及多样性，各研究机构或学者提出了各种不同的实现致动的方式，因此可以说软体机器人的驱动方式将影响其功能结构甚至稳定性。目前的驱动方式如气动液压控制，电活性聚合物，形状记忆合金以及化学驱动等都难以实现致动器的精准可编程控制，也难以满足实现通用的制备和大范围的使用要求。

软体机器人研究需要综合物理、化学、生物、材料、制造、计算机等诸多领域的知识，其距离实际应用还有很长的一段距离。但是随着制造技术，材料技术以及人工智能技术的不断进步，业界对软体机器人理论和技术的探索也在逐步深入。目前，软体机器人的研究热点集中在新型软体材料的开发、新型致动器的生产和制造及应用以及软体机器人的形态学控制等几大领域上，而在这之中，软体机器人的致动器设计是其中的重要方面，如何结合各方面的知识构建一种灵活易用，适应性强同时便于维护的致动器成为了首要攻克的技术难题。

发明内容

本发明的目的在于提供基于可编程控制的软体致动器的设计方法，可解决软体致动器的有序编程控制问题，其在实现编程功能后可以进行连接组合实现组合控制，进而实现致动器组织完成多自由度的控制。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

基于可编程控制的软体致动器的设计方法，包括以下步骤：

(1)利用三维绘图软件构建纤维丝状四棱柱模型图；

(2)根据构建的模型图，采用不同的柔性材料，结合3D打印技术分段打印，获得实际模型，即单根四棱柱状纤维；所述的纤维分为内外两层，其中，外层由可编程控制亮度的柔性光源环绕组成，每条棱边内部嵌有条状的柔性应变材料；纤维内层由柔性光敏材料组成；

(3)继续打印出若干相同的四棱柱状纤维；

(4)将所有四棱柱状纤维组合加工，搭建出致动器组织，获得最终的具有软体形变能力的可编程致动器。

为防止单根四棱柱状纤维上的光源漏光，从而影响到其他四棱柱状纤维，打印出四棱柱状纤维后，还在其外层上涂覆一层防漏光的非透明涂料薄层。

作为优选，所述的柔性光敏材料为光控水凝胶。

进一步地，所述纤维的内层中还间隔分布有若干用于保证模型结构稳定和方便四棱柱状纤维相互连接的支撑架，其连同外层和内层一起通过3D打印技术打印出来。

再进一步地，所述纤维的内层中有一根用于贯通冷却或保温液体以维持纤维内温度平衡的柔性抗拉细丝软管；打印时，先将柔性抗拉细丝软管定位好，然后环绕该柔性抗拉细丝软管将纤维的外层、内层和支撑架打印出来。