[发明专利]基于形状记忆聚合物驱动的仿海星软体机器人及控制方法

说明书

本发明涉及软体机器人的驱动领域，具体涉及基于形状记忆聚合物驱动的仿海星软体机器人及控制方法。该机器人采用形状记忆聚合物作为致动器，碳纳米管埋入柔软的硅胶中做为导线连接致动器和控制端，机器人外侧嵌套柔软的硅胶外套，实现软体机器人在水中的仿海星运动。

技术领域

本发明涉及软体机器人的驱动领域，具体涉及一种利用形状记忆聚合物作为致动器驱动仿海星软体机器人及控制方法。

背景技术

软体机器人主要由柔软的、具有弹性的聚合物制成，理论上具有无限多的自由度和连续变形的能力，使得软体机器人可以获得无限多的机器人形状，从而能够到达复杂空间结构的每一个点。相比于传统刚性机器人，软体机器人可以通过自身变形顺应障碍物，施加柔软的有效载荷却不产生伤害。在医疗检测、抢险救灾、间谍侦查等众多高精尖领域将具有广阔的应用前景。

传统仿生机器人一般由刚性模块连接构成，自由度较少，虽然能够满足精确运动的需要，但是其刚性结构导致其环境适应性差，在复杂环境或狭窄空间内运动会受到限制，在一些较为特殊的场合并不适用。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于形状记忆聚合物驱动的仿海星软体机器人，该机器人采用形状记忆聚合物作为致动器，碳纳米管埋入柔软的硅胶中作为导线连接致动器模块和控制端，机器人外侧嵌套柔软的硅胶外套，实现软体机器人在水中的仿海星运动。

一种基于形状记忆聚合物驱动的仿海星软体机器人，其特征在于：所述仿海星软体机器人包括形状记忆聚合物模块、电热丝、碳纳米管导线、下侧硅胶外套、上侧硅胶外套和控制模块。其中控制端固定在下侧硅胶外套中间设有的控制端凹槽处；形状记忆聚合物模块由上侧形状记忆聚合物和下侧形状记忆聚合物中间添加隔热夹层制成，上侧、下侧形状记忆聚合物与隔热夹层紧密贴合；电热丝按照等距的方式分别均匀嵌入形状记忆聚合物模块中隔热夹层两侧的上侧形状记忆聚合物和下侧形状记忆聚合物里，且电热丝的走向与仿海星的触角走向垂直，电热丝嵌入形状记忆聚合物模块中组成致动器模块；5个致动器模块分别固定在下侧硅胶外套的致动器模块凹槽中；碳纳米管导线填充进下侧硅胶外套的导线凹槽中，使致动器模块中的电热丝与控制端相连接；上侧硅胶外套套在前述连接装配得到的结构上，使下侧硅胶外套和上侧硅胶外套密封连接。上述连接结构构成本发明所述的一种基于形状记忆聚合物驱动的仿海星软体机器人。

本发明的进一步限定技术方法如下：

前述形状记忆聚合物通过加工，制成起始态为弯曲的形状。形状记忆聚合物模块中隔热夹层上侧形状记忆聚合物起始弯曲形状向上，下侧形状记忆聚合物起始弯曲形状向下，上侧形状记忆聚合物厚度小于下侧。

本发明的有益效果是：

1.本发明一种基于形状记忆聚合物驱动的仿海星软体机器人通过防水密封限定其在水中环境运动的方式，克服了形状记忆聚合物作为致动器时变形力小的缺点，充分发挥了形状记忆聚合物作为致动器时变形量大的优点。

2.本发明采用了碳纳米管作为导线，相对于传统导线，嵌入硅胶中的碳纳米管导线克服了传统导线不可伸缩且阻碍软体机器人运动的缺点，提高了软体机器人在运动时电路连接的稳定性与变形的柔顺性。

3.本发明采用了可伸缩变形的软体材料为主要制作材料，使得本发明所述软体机器人具有较好的抗压能力和抗冲击能力，适宜在江河湖泊浅海等水流较为复杂和有水生生物活动的地方进行探测等活动。

4.本发明通过控制端的无线收发模块实现远程控制。

附图说明

图1是本发明所述一种基于形状记忆聚合物驱动的仿海星软体机器人的去掉上侧硅胶外套的结构图，便于直观显示整体结构及各个部分的特征。

图2是本发明所述一种基于形状记忆聚合物驱动的仿海星软体机器人的去掉上侧硅胶外套的立体图，便于直观显示整体结构及各个部分的特征。