[发明专利]基于IPMC柔性驱动器的一种仿蛇软体爬杆机器人

说明书

本发明涉及一种运动机器人。目的是提供一种仿蛇软体爬杆机器人；该仿蛇软体爬杆机器人能够模仿蛇的爬行动作，在柱状物体上运动。技术方案是：基于IPMC柔性驱动器的一种仿蛇软体爬杆机器人，包括IPMC驱动控制器；其特征在于：该机器人还包括一字形排列且由IPMC材料制成的若干个扇环形小节、一一连接在两两相邻扇环形小节之间且由IPMC材料制成的条状的连接片以及安装所述IPMC驱动控制器且带有电池的放置板，每一扇环形小节与每一连接片分别通过导线接通所述的IPMC驱动控制器。

技术领域

本发明涉及一种运动机器人，尤其是基于IPMC柔性驱动器的仿生蛇软体爬杆机器人。

背景技术

仿生机器人在机器人领域一直是一个很热门的领域，在工业、军事以及娱乐领域都有很大的应用。随着近些年机器人应用领域的扩展，对机器人本身的技术水平提出了更高的要求。机器人的工作环境逐渐变得复杂、多变，传统刚性机器人面对这些环境往往缺乏灵活性，运动模式单一，不适合在这种环境下工作。但这种工作环境，促使了软体机器人的发展。研究人员通过模仿自然界中的软体动物，研制出了仿生软体机器人。同时仿生软体机器人的驱动材料的研究也是一个重点。目前常用的软体材料有压电材料，形状记忆合金，电活性聚合材料(Electroactive polymers，简称EAP)。而在实际应用过程中，压电材料所需电压过高，不容易实现；形状记忆合金所需温度较高，变型缓慢。使用EAP材料，可以解决这些材料带来的问题。

离子聚合物-金属复合材料(Ionic Polymer Metal Composite，简称IPMC)是EAP材料的一种，由离子交换膜和两侧电极层构成的复合材料。将离子交换膜浸渍在去离子水中，在直流电场作用下，离子交换膜内部的水合阳离子携带溶剂分子通过膜内的微小管道向阴极移动，固定的阴离子保留在高分子骨架上，引起阳极的收缩和阴极的膨胀，宏观上引发材料向阳极弯曲，发生形变。撤销直流电场后，IPMC材料将恢复原始尺寸。相较于其他软体材料，IPMC具有质量轻、响应速度快、能够在较低的电压下形成较大的形变和张力的特点，在仿生机器人、光机电系统及生物医学工程等多个领域展现了巨大的应用前景。因此，IPMC材料作为仿生机器人驱动材料能够克服传统驱动材料所带来的不足。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服上述背景技术的不足，提供一种仿蛇软体爬杆机器人；该仿蛇软体爬杆机器人能够模仿蛇的爬行动作，在柱状物体上运动。

本发明提供的技术方案是：

基于IPMC柔性驱动器的一种仿蛇软体爬杆机器人，包括IPMC驱动控制器；其特征在于：该机器人还包括一字形排列且由IPMC材料制成的若干个扇环形小节、一一连接在两两相邻扇环形小节之间且由IPMC材料制成的条状的连接片以及安装所述IPMC驱动控制器且带有电池的放置板，每一扇环形小节与每一连接片分别通过导线接通所述的IPMC驱动控制器。

进一步地，在非工作状态，所有扇环形小节的轴线均相互平行。

进一步地，所述扇环形小节与连接片采用胶水粘连。

进一步地，所述扇环形小节为三分之二圆环形状。

进一步地，每个扇环形小节两侧的连接件的中心线交错分布，并且所有连接件中的任一连接件的中心线都不与其它连接件的中心线共线。

进一步地，所述IPMC驱动控制器包含单片机、稳压模块、信号放大模块以及控制开关。

本发明的工作原理是：按下控制开关，12伏直流电源开始为IPMC驱动控制器供电，单片机产生占空比可调的方波直流信号，通过信号放大模块产生更大功率的驱动信号，驱动信号对IPMC材料进行激励；由IPMC材料制作的扇环形小节与连接件，在依次接到驱动信号后，先后产生不同程度的形变，模拟出蛇爬杆的动作。