[发明专利]一种双层结构的液态金属智能水凝胶仿生蠕动机器人

说明书

本发明提供了一种双层结构的液态金属智能水凝胶仿生蠕动机器人，包括水凝胶基体和液态金属，不同响应温度的温敏水凝胶交错排布构成双层结构的水凝胶基体；所述水凝胶基体内设有通道，且所述通道依次按顺序贯穿不同响应温度的温敏水凝胶，所述通道填充液态金属，通过对液态金属施加周期电信号，使水凝胶基体产生周期形变。本发明利用电流通过液态金属时所产生的温度控制温敏水凝胶使其产生预期响应，从而实现液态金属温控水凝胶软体机器人的仿生蠕动运动。

技术领域

本发明涉及软体机器人领域，特别涉及一种双层结构的液态金属智能水凝胶仿生蠕动机器人。

背景技术

传统机器人都是由刚性模块通过有限自由度的运动副连接而成，弹性变形能力与灵活性有限，环境适应性差。为了提高机器人的柔性，研究者们开始研发模仿自然界软体动物的外形结构或运动模式的仿生蠕动软体机器人，由可承受大应变的柔软材料制成，具有多自由度和连续变形能力，可在大范围内任意改变自身形状和尺寸以适应多变复杂的地形轮廓，从而实现在非结构化环境中的高效蠕动运动行为，极大地弥补了传统机器人的不足。特别地，具有类似生物组织“软而湿”特点的智能水凝胶通过外届能量场微小变化发生的变形而产生驱动力，在一定程度上实现了爬行、抓取等仿生运动的“无尾化”供源与控制，引发了学术界的高度关注。

中国的专利公开了一种仿生轮足式软体机器人，该专利包括软体基体，行走机构，驱动机构以及末端执行器。软体机构是采用柔性硅橡胶制成的褶皱性结构的两个独立的气腔，当气腔内通入一定压力的气体时，两个气腔会膨胀变形呈拱形，当气体通过压力控制阀释放时，气腔会因为弹性力恢复，配合行走机构完成软体机器人的向前移动。该专利能够在恶劣复杂的环境中长期稳定工作，结构简单，但是无法适应狭隘变形的环境，灵活性不够。

中国的专利公开了一种气动仿蚯蚓软体机器人，该专利由不小于三节单节结构组成，单节结构包括轴向驱动器，套在轴向驱动器上的弹性外腔和气管，通过模仿蚯蚓的结构特性，实现轴向主动伸长径向被动收缩或径向主动膨胀轴向被动变形，完成模仿蚯蚓的蠕动爬行。该专利具有对外界环境适应能力强，爬行动作连续稳定等特点，但是结构复杂，气动驱动无法保证运动的准确性。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种双层结构的液态金属智能水凝胶仿生蠕动机器人，利用电流通过液态金属时所产生的温度控制温敏水凝胶使其产生预期响应，从而实现液态金属温控水凝胶软体机器人的仿生蠕动运动。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种双层结构的液态金属智能水凝胶仿生蠕动机器人，包括水凝胶基体和液态金属，不同响应温度的温敏水凝胶交错排布构成双层结构的水凝胶基体；所述水凝胶基体内设有通道，且所述通道依次按顺序贯穿不同响应温度的温敏水凝胶，所述通道填充液态金属，通过对液态金属施加周期电信号，使水凝胶基体产生周期形变。

进一步，所述水凝胶基体底部设有锯齿，且所述锯齿与底面的夹角为30-45°。

进一步，所述水凝胶基体包括第一温敏水凝胶和第二温敏水凝胶，所述第一温敏水凝胶的响应温度大于第二温敏水凝胶响应温度；若干所述第一温敏水凝胶和若干所述第二温敏水凝胶交错排布构成双层结构的水凝胶基体；若干所述第一温敏水凝胶和若干所述第二温敏水凝胶内分别设有通道，且每层所述水凝胶基体内的第一温敏水凝胶的通道与第二温敏水凝胶的通道连通。

进一步，所述第一温敏水凝胶或所述第二温敏水凝胶内的通道为曲线。

进一步，所述第一温敏水凝胶或所述第二温敏水凝胶内的通道为圆弧。

进一步，所述第一温敏水凝胶的响应温度为60℃-70℃；所述第二温敏水凝胶的响应温度为30℃-40℃。

进一步，通过对液态金属施加周期的高低电信号，使液态金属的温度发生变化，导致第一温敏水凝胶和第二温敏水凝胶产生形变。

本发明的有益效果在于：